Elaboración de tablas y gráficos de diseño a flexión de vigas de bambú guadua laminada pegada prensada / Development of tables and graphics of design of glued pressed laminated bamboo guadua beams

Texto completo

(1)ELABORACIÓN DE TABLAS Y GRÁFICOS DE DISEÑO A FLEXIÓN DE VIGAS DE BAMBÚ GUADUA LAMINADA PEGADA PRENSADA. NELSON FERNANDO RODRÍGUEZ VÁSQUEZ. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AGRÍCOLA UNIDAD ACADÉMICA DE ESTRUCTURAS MAESTRÍA EN INGENIERÍA - ESTRUCTURAS BOGOTÁ 2011.

(2) ELABORACIÓN DE TABLAS Y GRÁFICOS DE DISEÑO A FLEXIÓN DE VIGAS DE BAMBÚ GUADUA LAMINADA PEGADA PRENSADA. NELSON FERNANDO RODRÍGUEZ VÁSQUEZ Tesis de maestría para optar al título de Magister en Ingeniería – Estructuras Director (a) CAORI PATRICIA TAKEUCHI TAM Ingeniera Civil – Msc. Estructuras UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AGRÍCOLA UNIDAD ACADÉMICA DE ESTRUCTURAS MAESTRÍA EN INGENIERÍA - ESTRUCTURAS BOGOTÁ 2011.

(3) NOTA DE ACEPTACIÓN. La tesis de maestría titulada “ELABORACIÓN DE TABLAS Y GRÁFICOS DE DISEÑO A FLEXIÓN DE VIGAS DE BAMBÚ GUADUA LAMINADA PEGADA PRENSADA” cumple con los requisitos exigidos por la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá.. ________________________ ING. CAORI TAKEUCHI TAM DIRECTORA DE TESIS. ________________________ ARQ. JORGE LOZANO JURADO. ________________________ ING. PATRICIA LUNA TAMAYO JURADO.

(4) AGRADECIMIENTOS A DIOS por ser mi fuente de inspiración, mi guía y quien hizo posible que este proyecto de vida se hiciera realidad. A mis Padres por todo su apoyo, sus consejos y por toda la ayuda brindada durante el proceso de formación académica de mi vida. A la Universidad Nacional de Colombia por ser el alma mater donde me he formado profesionalmente y he crecido como persona y amigo. A la Ingeniera Caori Takeuchi, por sus buenos consejos, su gran dirección, paciencia,. sus. instrucciones. y. su sus. enseñanzas. A Consultoría y Construcciones Civiles Ltda. “Mi Empresa”, la cual brindo apoyo logístico, financiero. y. técnico. para. la. correcta. finalización de esta maestría. Al Ministerio de Agricultura, Corpoibama, Guaduacol, Gobernación de Cundinamarca, Alcaldía de Pacho por sus aportes en el proyecto de investigación..

(5) “ELABORACIÓN DE TABLAS Y GRÁFICOS DE DISEÑO A FLEXIÓN DE VIGAS DE BAMBÚ GUADUA LAMINADA PEGADA PRENSADA” Nelson Fernando Rodríguez Vásquez RESUMEN El estudio del comportamiento estructural de los elementos de Bambú guadua (vigas y columnas) ha sido de gran importancia e interés dentro de la comunidad Colombiana, especialmente después de una serie de grandes sismos, donde se ha observado que las viviendas construidas con elementos de bambú guadua han sufrido deformaciones importantes sin llegar al colapso, disipando de muy buena forma la energía inducida por el sismo, lo cual es un comportamiento adecuado desde el punto de vista estructural. Sin embargo, las estructuras se construyen con vigas y columnas conformadas por varias guaduas rollizas (sección natural del bambú guadua), lo cual implica trabajar con secciones transversales variables con uniones de los elementos difíciles de armar. Dado lo anterior y teniendo en cuenta que el bambú guadua es un material natural, económico, renovable y de muy rápida cosecha se ha generado un gran interés en utilizar elementos estructurales de bambú guadua en la fabricación de viviendas de una manera industrializada, con secciones de elementos definidas y con una mayor certidumbre en la resistencia de estos. Debido a esto y gracias a los excelentes resultados de las investigaciones realizadas por la comunidad mundial en el tema de los laminados de madera, se desarrolló esta investigación donde se estudia la influencia de la densidad del bambú guadua en la resistencia a flexión y el módulo de elasticidad con la elaboración y ensayo a flexión de 120 vigas simplemente apoyadas, con cargas iguales en los tercios, de bambú guadua laminada pegada prensada con cuatro diferentes configuraciones de densidad (30 vigas por cada configuración)..

(6) Para elaborar tablas de diseño, posteriormente se elaboraron y ensayaron a flexión 50 vigas de bambú guadua laminada (simplemente apoyadas con cargas iguales en los tercios) con sección rectangular maciza de 2cm x 4.5cm y cinco diferentes luces entre apoyos (10 vigas por cada luz libre entre apoyos: 0.46m, 0.62m, 0.94m, 1.2m, 1.40m), y 50 vigas de bambú guadua laminada con sección cajón rectangular de 8.0cm x 9.5cm y cinco diferentes luces entre apoyos (10 vigas por cada luz libre entre apoyos: 1.8m, 2.3m, 2.79m, 3.3m, 3.8m). Una vez ensayadas las vigas se realizaron para cada sección transversal las gráficas Momento resistente a flexión Mn Vs Luz libre entre apoyos L y las tablas de diseño. Los modelos experimentales fueron construidos en la Facultad de Artes y ensayados en el laboratorio de materiales de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia. PALABRAS CLAVE: GUADUA, VIGAS, RESISTENCIA A FLEXIÓN, MÓDULO DE ELASTICIDAD, DENSIDAD, LAMINADOS, BAMBÚ..

(7) “DEVELOPMENT OF TABLES AND GRAPHICS OF DESIGN OF GLUED PRESSED LAMINATED BAMBOO GUADUA BEAMS” Nelson Fernando Rodríguez Vásquez Abstract The study of structural behavior of bamboo guadua elements (beams and columns) has been of great importance and interest within Colombian community, especially after a series of large earthquakes, where it was found that structures built with bamboo guadua elements have developed big strains without collapse dissipating in good form earthquake energy, which is an appropriated behavior from a structural point of view. However the structures are built with beams and columns conformed by several rolled bamboo guaduas (natural section of the bamboo guadua), which implies variable cross sections and difficulty joints of elements. Given the above and taking into account that bamboo guadua is a natural, economic and renewable and of fast growth, it has generated great interest in using bamboo guadua structural elements in the production of housing in an industrialized form, with defined elements sections and with greater certainty on the strength of them. The aforementioned and the excellent results of researches conducted by the world community on the issue of wood laminates, have motivated this research, which was conducted to study the influence of bamboo guadua density on bending strength and modulus of elasticity with the elaboration and bending testing of 120 simply supported beams, with equal loads in the thirds, of glued laminated pressed bamboo guadua. with. four. different. configurations. of. density. (30. beams. for. each. configuration). To develop the tables and graphics of design, 50 laminated bamboo guadua beams (simply supported with equal loads in the thirds) with solid rectangular section of 2cm x 4.5cm and five different spans between supports (10 beams for each free span between supports 0.46m, 0.62m, 0.94m, 1.2m, 1.40m), and 50 laminated bamboo.

(8) guadua beams wit rectangular box section of 8.0cm x 9.5cm and five different spans between supports (10 beams for each free span between supports: 21.8m, 2.3m, 2.79m, 3.3m, 3.8m) were developed and bending tested. Once the beams were tested, for each cross section the graphs of bending strength Mn Vs free span length between supports L and tables of design were elaborated. Experimental models were built in the Art Faculty and tested in the materials laboratory of the Engineering Faculty of the Universidad Nacional de Colombia. Keywords: Guadua, Beams, Bending Strength, Modulus of elasticity, Density, Laminate, Bamboo..

(9) CONTENIDO. 1. INTRODUCCIÓN __________________________________________________ 1. 2. OBJETIVOS ______________________________________________________ 5 2.1. OBJETIVO GENERAL ____________________________________________ 5. 2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS________________________________________ 5. 3. ANTECEDENTES __________________________________________________ 7. 4. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN _______________________________ 10. 5. MARCO TEÓRICO ________________________________________________ 12 5.1. ADHESIVOS _________________________________________________ 12. 5.1.1 5.2 6. UREA – MELAMINA – FORMALDEHIDO MUF 1242. [13]_____________ 12. BAMBÚ GUADUA LAMINADA _____________________________________ 13. INFLUENCIA DE LA DENSIDAD DE LAS LÁMINAS EN LA RIGIDEZ Y RESISTENCIA. A FLEXIÓN DE VIGAS DE BAMBÚ GUADUA LAMINADA PEGADA PRENSADA. ______ 14 6.1. OBTENCIÓN DE LAS PROBETAS. _________________________________ 14. 6.1.1. OBTENCIÓN DE LAS TABLILLAS DE BAMBÚ GUADUA. _____________ 14. 6.1.2. CLASIFICACIÓN DE LAS LÁMINAS PARA EL ESTUDIO DE VIGAS CON. DIFERENTES CONFIGURACIONES DE DENSIDAD. _______________________ 17 6.1.3. CONFIGURACIÓN DE LAS LÁMINAS EN LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE LA. VIGA. ________________________________________________________ 25. 6.1.4. CONFIGURACIONES DE DENSIDAD DE LAS VIGAS ________________ 26. 6.1.5. PEGADO Y PRENSADO DE LAS VIGAS.__________________________ 29. 6.1.6. CEPILLADO FINAL Y PUESTA A SECCIÓN DE LAS VIGAS. ___________ 33. 6.2. DETERMINACIÓN DE GEOMETRÍA Y DENSIDAD DE LAS VIGAS. _________ 34. 6.2.1. OBTENCIÓN DE DIMENSIONES PROMEDIO DE LAS VIGAS. _________ 34.

(10) 7. 6.2.2. CÁLCULO DEL VOLUMEN DE LAS VIGAS. ________________________ 35. 6.2.3. CÁLCULO DEL MOMENTO DE INERCIA EN EL EJE FUERTE ___________ 35. 6.2.4. CÁLCULO DE LA DENSIDAD DE LAS VIGAS. _____________________ 35. 6.3. ENSAYO A FLEXIÓN DE LAS VIGAS. _______________________________ 36. 6.4. CÁLCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD A FLEXIÓN DE LAS VIGAS. ____ 38. 6.5. CÁLCULO DEL ESFUERZO MÁXIMO A FLEXIÓN ______________________ 40. 6.6. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RESULTADOS. _________________________ 42. 6.6.1. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PARA DENSIDAD DE VIGAS. _____________ 42. 6.6.2. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PARA CARGA MÁXIMA ELÁSTICA __________ 48. 6.6.3. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PARA DEFORMACIÓN MÁXIMA ELÁSTICA____ 56. 6.6.4. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PARA MÓDULO DE ELÁSTICIDAD. _________ 62. 6.6.5. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PARA ESFUERZO MÁXIMO A FLEXIÓN. ______ 69. 6.7. TIPOS DE FALLA ______________________________________________ 77. 6.8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ___________________________ 80. TABLAS Y CURVAS DE DISEÑO A FLEXIÓN DE VIGAS DE BAMBÚ GUADUA. LAMINADA PEGADA PRENSADA CON SECCIÓN MACIZA. _____________________ 83 7.1. OBTENCIÓN DE LAS PROBETAS. _________________________________ 83. 7.1.1. OBTENCIÓN DE LAS TABLILLAS DE BAMBÚ GUADUA. _____________ 83. 7.1.2. CLASIFICACIÓN DE LAS LÁMINAS PARA LAS VIGAS. ______________ 83. 7.1.3. CONFIGURACIÓN DE LAS LÁMINAS EN LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE LA. VIGA. ________________________________________________________ 84. 7.1.4. PEGADO Y PRENSADO DE LAS VIGAS.__________________________ 85. 7.1.5. CEPILLADO FINAL Y PUESTA A SECCIÓN DE LAS VIGAS. ___________ 87. 7.2. DETERMINACIÓN DE GEOMETRÍA DE LAS VIGAS. ____________________ 89. 7.2.1. OBTENCIÓN DE DIMENSIONES PROMEDIO DE LAS VIGAS. _________ 89. 7.2.2. CÁLCULO DEL MOMENTO DE INERCIA EN EL EJE FUERTE ___________ 90.

(11) 7.3. ENSAYO A FLEXIÓN DE LAS VIGAS. _______________________________ 90. 7.4. CÁLCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD A FLEXIÓN DE LAS VIGAS. ____ 93. 7.5. CÁLCULO DEL ESFUERZO MÁXIMO A FLEXIÓN ______________________ 94. 7.6. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RESULTADOS. _________________________ 95. 7.6.1. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PARA MÓDULO DE ELASTICIDAD A FLEXIÓN. 95. 7.6.2. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DEL ESFUERZO MÁXIMO A FLEXIÓN. ______ 104. 7.7. 8. TIPOS DE FALLA _____________________________________________ 112. 7.7.1. FALLA POR FLUJO DE CORTANTE. ____________________________ 112. 7.7.2. FALLA POR FLEXIÓN _______________________________________ 114. 7.7.3. FALLA POR PANDEO LATERAL Y FLEXOTORSIONAL _______________ 116. 7.8. CURVAS Y TABLAS DE DISEÑO A FLEXIÓN. ________________________ 117. 7.9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES __________________________ 121. TABLAS Y CURVAS DE DISEÑO A FLEXIÓN DE VIGAS DE BAMBÚ GUADUA. LAMINADA PEGADA PRENSADA CON SECCIÓN CAJÓN. _____________________ 124 8.1. OBTENCIÓN DE LAS PROBETAS. ________________________________ 124. 8.1.1. OBTENCIÓN DE LAS TABLILLAS DE BAMBÚ GUADUA. ____________ 124. 8.1.2. CLASIFICACIÓN DE LAS LÁMINAS PARA LAS VIGAS. _____________ 124. 8.1.3. CONFIGURACIÓN DE LAS LÁMINAS EN LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE LA. VIGA. _______________________________________________________ 125. 8.1.4. PEGADO Y PRENSADO DE LAS VIGAS._________________________ 126. 8.1.5. CEPILLADO FINAL Y PUESTA A SECCIÓN DE LAS VIGAS. __________ 130. 8.2. DETERMINACIÓN DE GEOMETRÍA DE LAS VIGAS. ___________________ 132. 8.2.1. OBTENCIÓN DE DIMENSIONES PROMEDIO DE LAS VIGAS. ________ 132. 8.2.2. CÁLCULO DEL MOMENTO DE INERCIA EN EL EJE FUERTE __________ 133. 8.3. ENSAYO A FLEXIÓN DE LAS VIGAS. ______________________________ 134. 8.4. CÁLCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD A FLEXIÓN DE LAS VIGAS. ___ 137.

(12) 8.4.1. CÁLCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD A FLEXIÓN DE LAS VIGAS A. PARTIR DE LA DEFLEXIÓN EN EL CENTRO DE LA LUZ. __________________ 137 8.4.2. CÁLCULO DEL MÓDULO DE ELASTICIDAD A FLEXIÓN DE LAS VIGAS A. PARTIR DE LA DEFLEXIÓN BAJO LAS CARGAS PUNTUALES. ______________ 137 8.5. CÁLCULO DEL ESFUERZO MÁXIMO A FLEXIÓN _____________________ 139. 8.6. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE RESULTADOS. ________________________ 140. 8.6.1. ANÁLISIS ESTADÍSTICO PARA MÓDULO DE ELASTICIDAD A FLEXIÓN. 140. 8.6.2. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DEL ESFUERZO MÁXIMO A FLEXIÓN. ______ 162. 8.7. 9. TIPOS DE FALLA _____________________________________________ 170. 8.7.1. FALLA POR FLUJO DE CORTANTE. ____________________________ 170. 8.7.2. FALLA POR FLEXIÓN _______________________________________ 172. 8.8. CURVAS Y TABLAS DE DISEÑO A FLEXIÓN. ________________________ 173. 8.9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES __________________________ 177. BIBLIOGRAFÍA _________________________________________________ 179.

(13) LISTA DE TABLAS. Tabla No 1.. Láminas utilizadas en las vigas de configuración A. ............................................................................. 30. Tabla No 2.. Láminas utilizadas en las vigas de configuración B. ............................................................................. 30. Tabla No 3.. Láminas utilizadas en las vigas de configuración ABA. ......................................................................... 31. Tabla No 4.. Láminas utilizadas en las vigas de configuración 3A3B3A. ................................................................... 31. Tabla No 5.. Selección de datos de densidad para las vigas tipo A. .......................................................................... 43. Tabla No 6.. Selección de datos de densidad para las vigas tipo B. .......................................................................... 44. Tabla No 7.. Selección de datos de densidad para las vigas tipo ABA....................................................................... 45. Tabla No 8.. Selección de datos de densidad para las vigas tipo 3A3B3A................................................................. 46. Tabla No 9.. Tabla resumen de análisis estadístico de densidad. ............................................................................. 47. Tabla No 10.. Selección de datos de carga máxima elástica para las vigas tipo A. .................................................... 50. Tabla No 11.. Selección de datos de carga máxima elástica para las vigas tipo B. .................................................... 51. Tabla No 12.. Selección de datos de carga máxima elástica para las vigas tipo ABA. ................................................ 52. Tabla No 13.. Selección de datos de carga máxima elástica para las vigas tipo 3A3B3A. .......................................... 53. Tabla No 14.. Tabla resumen de análisis estadístico de carga máxima elástica......................................................... 54. Tabla No 15.. Selección de datos de Deformación máxima elástica para las vigas tipo A. ......................................... 57. Tabla No 16.. Selección de datos de Deformación máxima elástica para las vigas tipo B. ......................................... 58. Tabla No 17.. Selección de datos de Deformación máxima elástica para las vigas tipo ABA. .................................... 59. Tabla No 18.. Selección de datos de Deformación máxima elástica para las vigas tipo 3A3B3A. .............................. 60. Tabla No 19.. Tabla resumen de análisis estadístico de deformación máxima elástica. ............................................ 61. Tabla No 20.. Selección de datos de Módulo de elasticidad para las vigas tipo A. ..................................................... 64. Tabla No 21.. Selección de datos de Módulo de elasticidad para las vigas tipo B. ..................................................... 65. Tabla No 22.. Selección de datos de Módulo de elasticidad para las vigas tipo ABA. ................................................. 66. Tabla No 23.. Selección de datos de Módulo de elasticidad para las vigas tipo 3A3B3A. ........................................... 67. Tabla No 24.. Tabla resumen de análisis estadístico de módulo de elasticidad.......................................................... 68. Tabla No 25.. Selección de datos de esfuerzo máximo a flexión para las vigas tipo A................................................ 71. Tabla No 26.. Selección de datos de esfuerzo máximo a flexión para las vigas tipo B. ............................................... 72. Tabla No 27.. Selección de datos de esfuerzo máximo a flexión para las vigas tipo ABA. .......................................... 73. Tabla No 28.. Selección de datos de esfuerzo máximo a flexión para las vigas tipo 3A3B3A. .................................... 74. Tabla No 29.. Tabla resumen de análisis estadístico de esfuerzo máximo a flexión. .................................................. 75. Tabla No 30.. Obtención de vigas de diferente longitud a partir de las vigas fabricadas de 3m de longitud. ............ 89. Tabla No 31.. Vigas macizas fabricadas según el tipo. ............................................................................................... 89. Tabla No 32.. Dimensiones de ensayo de las vigas macizas........................................................................................ 92.

(14) Tabla No 33.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo A. .. 97. Tabla No 34.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo B. .. 98. Tabla No 35.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo C. .. 99. Tabla No 36.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo D. 100. Tabla No 37.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo E..101. Tabla No 38.. Tabla resumen de análisis estadístico de módulo de elasticidad a flexión. ........................................102. Tabla No 39.. Criterio de selección de datos de Pierce para el esfuerzo máximo a flexión de las vigas tipo A. ........105. Tabla No 40.. Criterio de selección de datos de Pierce para el esfuerzo máximo a flexión de las vigas tipo B. ........106. Tabla No 41.. Criterio de selección de datos de Pierce para el esfuerzo máximo a flexión de las vigas tipo C. ........107. Tabla No 42.. Criterio de selección de datos de Pierce para el esfuerzo máximo a flexión de las vigas tipo D. ........108. Tabla No 43.. Criterio de selección de datos de Pierce para el esfuerzo máximo a flexión de las vigas tipo E. ........109. Tabla No 44.. Tabla resumen de análisis estadístico del esfuerzo máximo a flexión promedio................................110. Tabla No 45.. Tabla de diseño a flexión de vigas con sección maciza de 2.0cm x 4.5cm. .........................................121. Tabla No 46.. Obtención de vigas de diferente longitud a partir de las vigas fabricadas de 6m de longitud. ..........131. Tabla No 47.. Vigas cajón fabricadas según el tipo...................................................................................................132. Tabla No 48.. Dimensiones de ensayo de las vigas cajón. .........................................................................................136. Tabla No 49.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo A. calculado con la deflexión en el centro de la luz. ..........................................................................................................142 Tabla No 50.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo A. calculado con la deflexión en bajo la carga 1. ..............................................................................................................143 Tabla No 51.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo A. calculado con la deflexión en bajo la carga2. ...............................................................................................................144 Tabla No 52.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo B. calculado con la deflexión en el centro de la luz. ..........................................................................................................145 Tabla No 53.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo B. calculado con la deflexión en bajo la carga1. ...............................................................................................................146 Tabla No 54.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo B. calculado con la deflexión en bajo la carga2. ...............................................................................................................147 Tabla No 55.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo C. calculado con la deflexión en el centro de la luz. ..........................................................................................................148 Tabla No 56.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo C. calculado con la deflexión bajo la carga1. ....................................................................................................................149 Tabla No 57.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo C. calculado con la deflexión bajo la carga2. ....................................................................................................................150.

(15) Tabla No 58.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo D. calculado con la deflexión en el centro de la luz. ..........................................................................................................151 Tabla No 59.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo D. calculado con la deflexión bajo la carga 1. ...................................................................................................................152 Tabla No 60.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo D. calculado con la deflexión bajo la carga 2. ...................................................................................................................153 Tabla No 61.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo E. calculado con la deflexión en el centro de la luz. ..........................................................................................................154 Tabla No 62.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo D. calculado con la deflexión bajo la carga 1. ...................................................................................................................155 Tabla No 63.. Criterio de selección de datos de Pierce para el módulo de elasticidad a flexión de las vigas tipo D. calculado con la deflexión bajo la carga 2. ...................................................................................................................156 Tabla No 64.. Tabla resumen de análisis estadístico de módulo de elasticidad a flexión calculado con la deflexión en. el centro de la luz. .........................................................................................................................................................157 Tabla No 65.. Tabla resumen de análisis estadístico de módulo de elasticidad a flexión calculado con la deflexión. bajo la carga 1. ............................................................................................................................................................157 Tabla No 66.. Tabla resumen de análisis estadístico de módulo de elasticidad a flexión calculado con la deflexión. bajo la carga 2. ............................................................................................................................................................157 Tabla No 67.. Criterio de selección de datos de Pierce para el esfuerzo máximo a flexión de las vigas tipo A. ........164. Tabla No 68.. Criterio de selección de datos de Pierce para el esfuerzo máximo a flexión de las vigas tipo B. ........165. Tabla No 69.. Criterio de selección de datos de Pierce para el esfuerzo máximo a flexión de las vigas tipo C. ........166. Tabla No 70.. Criterio de selección de datos de Pierce para el esfuerzo máximo a flexión de las vigas tipo D. ........167. Tabla No 71.. Criterio de selección de datos de Pierce para el esfuerzo máximo a flexión de las vigas tipo E. ........168. Tabla No 72.. Tabla resumen de análisis estadístico del esfuerzo máximo a flexión promedio................................169. Tabla No 73.. Tabla de diseño a flexión de vigas con sección cajón de 8.0cm x 9.5cm. ............................................177.

(16) LISTA DE FIGURAS. Figura No 1.. Proceso de rajado del bambú guadua con discos paralelos. [13] ........................................................ 15. Figura No 2.. Proceso de cepillado de las láminas con mínimas imperfecciones. [13] ............................................... 17. Figura No 3.. Subdivisión de las láminas de 2m en tramos de 60cm y 5cm. .............................................................. 18. Figura No 4.. Medición de dimensiones de las láminas B, D y F con calibrador digital +/-0.01mm. .......................... 19. Figura No 5.. Obtención del peso de las láminas de bambú guadua B, D y F ............................................................. 20. Figura No 6.. Obtención del peso de las láminas A, C, E, G. ....................................................................................... 22. Figura No 7.. Organización de las láminas en rejillas para secado. ........................................................................... 22. Figura No 8.. Horno de secado de las láminas y tramos A, C, E y G en proceso de secado. ....................................... 23. Figura No 9.. Densidad de fibra en la sección transversal de las láminas de bambú guadua. ................................... 25. Figura No 10.. Configuración de armado de las vigas según las caras de las láminas. ........................................... 26. Figura No 11.. Vigas de configuración A. ................................................................................................................. 27. Figura No 12.. Vigas de configuración B. ................................................................................................................. 27. Figura No 13.. Vigas de configuración ABA. ............................................................................................................. 28. Figura No 14.. Vigas de configuración 3A3B3A. ....................................................................................................... 28. Figura No 15.. Organización previa de las láminas en la mesa. ............................................................................... 29. Figura No 16.. Láminas con la cara externa hacia arriba......................................................................................... 32. Figura No 17.. Prensado de vigas. ............................................................................................................................ 33. Figura No 18.. Sección transversal definitiva de las vigas. ....................................................................................... 34. Figura No 19.. Metodología de ensayo a flexión de vigas de bambú guadua laminada pegada prensada. ........... 36. Figura No 20.. Máquina de ensayos Versatester Soiltest inc. .................................................................................. 37. Figura No 21.. Dimensiones de ensayo de las vigas. ................................................................................................ 37. Figura No 22.. Ensayo a flexión con medida de deflexión en el centro de la luz libre entre apoyos. ....................... 38. Figura No 23.. Metodología de cálculo del módulo de Elasticidad a Flexión con la pendiente de la gráfica Fuerza. Vs Deflexión.. .......................................................................................................................................................... 39. Figura No 24.. Carga de falla a flexión. .................................................................................................................... 41. Figura No 25.. Gráfico de barras para el análisis estadístico de densidad de vigas................................................. 48. Figura No 26.. Gráfico de barras para el análisis estadístico de carga máxima elástica. ........................................ 55. Figura No 27.. Gráfico de barras para el análisis estadístico de deformación máxima elástica. ............................. 62. Figura No 28.. Gráfico de barras para el análisis estadístico de módulo de elasticidad. ......................................... 69. Figura No 29.. Gráfico de barras para el análisis estadístico de esfuerzo máximo a flexión. .................................. 76. Figura No 30.. Falla típica por flujo de cortante cerca a los apoyos en el tercio central en altura. ......................... 78.

(17) Figura No 31.. Falla tipo flexión en el centro de la luz libre entre apoyos................................................................ 79. Figura No 32.. Subdivisión de las láminas de 3m en tramos de 295cm y 5cm. ........................................................ 84. Figura No 33.. Configuración de armado de las vigas según las caras de las láminas. ........................................... 85. Figura No 34.. Prensado de vigas. ............................................................................................................................ 87. Figura No 35.. Configuración de prensado de las vigas. .......................................................................................... 87. Figura No 36.. Sección transversal definitiva de las vigas. ....................................................................................... 88. Figura No 37.. Metodología de ensayo a flexión de vigas de bambú guadua laminada pegada prensada. ........... 91. Figura No 38.. Máquina de ensayos Alfred J. Amsler. .............................................................................................. 92. Figura No 39.. Dimensiones de ensayo de las vigas. ................................................................................................ 92. Figura No 40.. Ensayo a flexión con medida de deflexión en el centro de la luz libre entre apoyos. ....................... 93. Figura No 41.. Carga máxima a flexión. ................................................................................................................... 94. Figura No 42.. Gráfico de barras para el análisis estadístico de módulo de elasticidad a flexión. ........................103. Figura No 43.. Vigas tipo C con defectos de fabricación. .......................................................................................104. Figura No 44.. Gráfico de barras para el análisis estadístico de esfuerzo máximo a flexión. ................................112. Figura No 45.. Falla típica por flujo de cortante cerca a los apoyos en el tercio central en altura. .......................113. Figura No 46.. Falla por flexión en el centro de la luz libre entre apoyos. .............................................................114. Figura No 47.. Falla por compresión en las fibras extremas superiores con desprendimiento lateral de láminas.115. Figura No 48.. Falla por compresión de las fibras extremas superiores. ................................................................115. Figura No 49.. Viga tipo A con inicios de pandeo flexotorsional. ........................................................................... 117. Figura No 50.. Viga tipo A una vez se produjo falla por pandeo lateral y se volteo la viga con falla simultanea de. las fibras.. ........................................................................................................................................................117. Figura No 51.. Gráfica de Longitud no arriostrada lateralmente entre apoyos L(m) Vs esfuerzo máximo a flexión σ. (Kg/cm2). ........................................................................................................................................................119. Figura No 52.. Gráfica de diseño a flexión de vigas con sección maciza de 2.0cm x 4.5cm de sección transversal. .... ........................................................................................................................................................120. Figura No 53.. Subdivisión de las láminas de 3m en tramos de 295cm y 5cm. ......................................................125. Figura No 54.. Configuración de armado de las vigas según las caras de las láminas. .........................................126. Figura No 55.. Distribución en planta de las láminas para el pegado de los tableros de 6m. ...............................127. Figura No 56.. Prensado de los tableros.................................................................................................................128. Figura No 57.. Configuración de prensado de los tableros. ...................................................................................128. Figura No 58.. Configuración transversal de las vigas cajón..................................................................................129. Figura No 59.. Configuración de prensado de las vigas. ........................................................................................129. Figura No 60.. Sección transversal definitiva de las vigas. .....................................................................................130. Figura No 61.. Metodología de ensayo a flexión de vigas de bambú guadua laminada pegada prensada. .........134. Figura No 62.. Máquina de ensayos Tinius Olsem. ................................................................................................135.

(18) Figura No 63.. Dimensiones de ensayo de las vigas. ..............................................................................................135. Figura No 64.. Ensayo a flexión con medida de deflexión en el centro de la luz libre entre apoyos y bajo las cargas. ........................................................................................................................................................136. Figura No 65.. Metodología de cálculo del módulo de Elasticidad a Flexión con la pendiente de la gráfica Fuerza. Vs Deflexión.. ........................................................................................................................................................138. Figura No 66.. Carga máxima a flexión. .................................................................................................................139. Figura No 67.. Gráfico de barras para el análisis estadístico de módulo de elasticidad a flexión calculado con la. deflexión bajo el centro de la luz. ..................................................................................................................................159 Figura No 68.. Gráfico de barras para el análisis estadístico de módulo de elasticidad a flexión calculado con la. deflexión bajo la carga 1. ..............................................................................................................................................160 Figura No 69.. Gráfico de barras para el análisis estadístico de módulo de elasticidad a flexión calculado con la. deflexión bajo la carga 2. ..............................................................................................................................................161 Figura No 70.. Comparación de los módulos de elasticidad promedio obtenidos con las deflexiones bajo el centro. de la luz y las cargas puntuales. ....................................................................................................................................162 Figura No 71.. Gráfico de barras para el análisis estadístico de esfuerzo máximo a flexión. ................................170. Figura No 72.. Falla típica por flujo de cortante en las uniones entre los tableros. ...............................................171. Figura No 73.. Falla por flexión en el centro de la luz libre entre apoyos. .............................................................172. Figura No 74.. Falla por la unión longitudinal horizontal de las láminas. ..............................................................173. Figura No 75.. Gráfica de Longitud no arriostrada lateralmente entre apoyos L(m) Vs esfuerzo máximo a flexión σ. (Kg/cm2). ........................................................................................................................................................174. Figura No 76.. Gráfica de diseño a flexión de vigas con sección cajón de 8.0cm x 9.5cm de sección transversal. 176.

(19) LISTA DE ECUACIONES. Ecuación No 1.. Cálculo del espesor promedio de las láminas de bambú guadua. __________________________ 19. Ecuación No 2.. Cálculo del ancho promedio de las láminas ___________________________________________ 19. Ecuación No 3.. Cálculo de la longitud promedio de las láminas. ________________________________________ 20. Ecuación No 4.. Cálculo del volumen de las láminas. _________________________________________________ 20. Ecuación No 5.. Cálculo de la densidad natural de las láminas de bambú guadua B, D y F. ___________________ 21. Ecuación No 6.. Cálculo del contenido de humedad de los tramos de lámina de bambú guadua. ______________ 24. Ecuación No 7.. Ancho promedio de las vigas. ______________________________________________________ 34. Ecuación No 8.. Altura promedio de las vigas. ______________________________________________________ 35. Ecuación No 9.. Volumen promedio de las vigas. ____________________________________________________ 35. Ecuación No 10.. Momento de inercia en el eje fuerte de las vigas. _______________________________________ 35. Ecuación No 11.. Densidad de las vigas. ____________________________________________________________ 36. Ecuación No 12.. Cálculo del módulo de elasticidad a flexión de las vigas. _________________________________ 40. Ecuación No 13.. Cálculo del esfuerzo máximo a flexión de las vigas ______________________________________ 41. Ecuación No 14.. Ancho promedio de las vigas. ______________________________________________________ 90. Ecuación No 15.. Altura promedio de las vigas. ______________________________________________________ 90. Ecuación No 16.. Momento de inercia en el eje fuerte de las vigas. _______________________________________ 90. Ecuación No 17.. Cálculo del esfuerzo máximo a flexión de las vigas ______________________________________ 94. Ecuación No 18.. Cálculo del esfuerzo admisible a flexión de las vigas con sección maciza. ___________________ 120. Ecuación No 19.. Ancho promedio de las vigas. _____________________________________________________ 132. Ecuación No 20.. Altura promedio de las vigas. _____________________________________________________ 132. Ecuación No 21.. Espesor promedio de las aletas de las vigas. __________________________________________ 133. Ecuación No 22.. Espesor promedio del alma de las vigas. _____________________________________________ 133. Ecuación No 23.. Momento de inercia en el eje fuerte de las vigas. ______________________________________ 133. Ecuación No 24.. Cálculo del módulo de elasticidad a flexión de las vigas a partir de la deflexión bajo la carga P. 138. Ecuación No 25.. Cálculo del esfuerzo máximo a flexión de las vigas _____________________________________ 139. Ecuación No 26.. Cálculo del esfuerzo admisible a flexión de las vigas con sección cajón. ____________________ 175.

(20) 1 INTRODUCCIÓN. La utilización del bambú como material de construcción data de miles de años, siendo principalmente utilizado en países orientales. En nuestro país, se ha utilizado el Bambú guadua (una variedad de bambú) en la construcción de vivienda desde principios del siglo XX principalmente en el eje cafetero, sin embargo su uso se ha limitado a casas de uno y dos pisos, sin diseño estructural, con lo que la utilización de materiales como el concreto y el acero han sido de mayor adaptación en la construcción de las grandes urbes. El desconocimiento del comportamiento del bambú guadua y la escasa información sobre el diseño estructural (lo que incluye la escasez de libros, cátedras y normas de diseño estructural) con respecto al acero y al concreto ha incidido en que a pesar de ser un material natural renovable y de fácil obtención, no ha sido de gran interés para los constructores y diseñadores estructurales. Sin embargo actualmente ya se ha avanzado en el tema y se ha visto la necesidad de utilizar materiales renovables como una muy buena opción económica sin sacrificar eficiencia y eficacia. Teniendo en cuenta que en nuestro país existe una gran riqueza forestal de bambú guadua, que es un recurso renovable, y que si se explota de manera racional llega a ser un recurso inagotable, es obvio que el uso del bambú guadua como material de construcción va a ir tomando cada vez mayor importancia.1[1] En sismos de gran magnitud que han afectado el eje cafetero, lugar donde existen la mayor cantidad de viviendas construidas en bambú guadua, se ha observado que. [1]. 1. PEREZ GALAZ, VICENTE A. Manual de madera Laminada. Instituto Forestal División Industrias.. Santiago – Chile, 1992.. 1|Página.

(21) dichas viviendas han desarrollado deformaciones importantes, y han sufrido daños pero sin llegar al colapso, lo cual ha despertado gran interés en la comunidad de ingenieros civiles, debido al avance que se tiene en el tema en cuanto a que las grandes deformaciones llevan consigo una gran disipación de energía inducida por el sismo, siendo esto un comportamiento óptimo de una estructura bajo un evento sísmico. Sin embargo se ha observado una gran deficiencia en las uniones de los elementos estructurales de bambú guadua, siendo estas las más afectadas a la hora de un evento sísmico, por lo cual si se tienen elementos estructurales con secciones definidas se aumentaría la probabilidad de fabricar uniones estándar con mayor eficiencia y con conocimiento de su comportamiento a la hora de un evento sísmico. La comunidad mundial de investigadores ha llevado a cabo un sinnúmero de investigaciones acerca de laminados de madera estructural, esto con una gran variedad de tipos de maderas utilizadas habitualmente para la construcción de viviendas, sin embargo dichas maderas tienen edades de cosecha que sobrepasan los 10 años o más lo que genera un daño grande en el medio ambiente y una tala indiscriminada con una tasa de reforestación menor, por lo tanto el bambú guadua como material sumamente renovable, con una edad de cosecha aproximada de 3 años, se convierte en una muy buena opción para ser utilizada como materia prima para elementos estructurales laminados. Además como en las investigaciones realizadas sobre laminados de madera se ha observado una mejora significativa en las propiedades estructurales con respecto al material base, se podría pensar que los laminados de bambú guadua pueden ser una muy buena opción llegando a tener mejores propiedades mecánicas que el bambú guadua rolliza. Teniendo en cuenta todo esto, el propósito de la presente investigación es dar un aporte significativo al uso del bambú guadua laminada pegada prensada en la elaboración de vigas estructurales que cumplan con los parámetros de resistencia y deformaciones admisibles para una vivienda típica construida en bambú guadua como material estructural principal.. 2|Página.

(22) En primera instancia se determinó la influencia de la densidad de las láminas de bambú guadua en la resistencia a flexión y la rigidez de las vigas de bambú guadua laminada pegada prensada; para esto se clasificaron láminas de bambú guadua de 50 cm de longitud de acuerdo a su densidad natural para posteriormente elaborar vigas de bambú guadua laminada pegada prensada con cuatro (4) configuraciones diferentes de densidad, teniendo para cada configuración de densidad un total de 30 vigas de 50 cm de longitud con sección maciza de 2cm x 5.5cm. Una vez fabricadas las vigas se ensayaron simplemente apoyadas mediante la aplicación de cargas de igual magnitud a distancias similares medidas desde los apoyos. Estos ensayos se realizaron con aumento de carga constante y midiendo la deflexión en el centro de la luz para cada incremento de carga. Posteriormente se fabricaron 50 vigas de bambú guadua laminada con sección transversal rectangular maciza de 2.0cm x 4.5cm y cinco diferentes longitudes (0.50m, 0.75m, 1.00m, 1.25m y 1.50m), se ensayaron a flexión simplemente apoyadas y cargadas a los tercios de la luz libre entre apoyos con cargas de igual magnitud y sentido, donde se determinó el momento resistente de cada viga y se realizó un análisis estadístico para cada longitud teniendo en cuenta el procedimiento de selección y descarte de datos de Pierce con el propósito de encontrar la resistencia a flexión de las vigas con sección transversal rectangular maciza de 2.0cm x 4.5cm para cada una de las longitudes y realizar las gráficas y tablas de diseño a flexión. Siguiendo el mismo proceso anterior, se determinó la resistencia a flexión de las vigas con sección cajón rectangular de 8.0cm x 9.5cm para cada una de las longitudes y se elaboraron las gráficas y tablas de diseño a flexión a partir del ensayo de 50 vigas de bambú guadua laminada con sección transversal rectangular tipo cajón de 8.0cm x 9.5cm y con cinco diferentes longitudes (2.00m, 2.50m, 3.00m, 3.50m y 4.00m), simplemente apoyadas y cargadas a los tercios de la luz libre entre apoyos con cargas de igual magnitud y sentido.. 3|Página.

(23) Finalmente el documento presenta las conclusiones y recomendaciones para futuros investigadores y diseñadores.. 4|Página.

(24) 2 OBJETIVOS. 2.1 OBJETIVO GENERAL Determinar las curvas y tablas de diseño a flexión para vigas de dos tipos de sección, una tipo cajón y otra maciza, simplemente apoyadas y con carga a los tercios de la luz, construidas con bambú guadua laminada pegada prensada obtenida de los municipios de Ibama y Pacho en el departamento de Cundinamarca.. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS •. Fabricar 120 vigas de bambú guadua laminada pegada prensada con sección maciza, con diferentes configuraciones de densidad.. •. Fabricar 50 vigas de bambú guadua laminada pegada prensada con sección maciza, con diferentes longitudes.. •. Fabricar 50 vigas de bambú guadua laminada pegada prensada con sección tipo cajón, con diferentes longitudes.. •. Determinar la resistencia a flexión para todas las vigas elaboradas en los pasos anteriores.. •. Determinar la grafica Fuerza - Deflexión para todas las vigas elaboradas en los pasos anteriores.. •. Determinar si existe influencia de la densidad en la resistencia a flexión de las vigas de bambú guadua laminada pegada prensada con sección maciza.. 5|Página.

(25) •. Determinar las gráficas y tablas de diseño a flexión para los dos tipos de sección de vigas de bambú guadua laminada pegada prensada elaboradas anteriormente.. 6|Página.

(26) 3 ANTECEDENTES. El Bambú guadua como material de construcción ha sido utilizada en Colombia desde hace más de un siglo, principalmente en el eje cafetero, lugar en el cual abundan las fincas y viviendas construidas en este material, sin embargo dichas viviendas no presentan. diseño. estructural. alguno. y. sus. especificaciones. se. limitan. a. procedimientos empíricos. El estudio del bambú guadua angustifolia como material estructural data de hace pocos años (1981 Martin y Mateus), al verse la necesidad de utilizar materiales renovables y de bajo costo de producción, sin embargo a pesar de esto al día de hoy materiales como el concreto y el acero estructural llevan la delantera en cuanto a investigación y uso. La mayor parte de estudios realizados sobre el bambú guadua angustifolia Kunth están enfocados en determinar sus propiedades físicas y mecánicas, mediante la elaboración y ensayo de probetas en su estado natural (rolliza) y en el uso de bahareque encementado, con lo que el estudio de laminados de bambú guadua ha sido mínimo, esto debido a que hasta el momento no se ha pensado en la industrialización. de. este. proceso. para. de. esta. manera. lograr. optimizar. procedimientos y costos de fabricación de los laminados de bambú guadua. El estudio de vigas laminadas se ha limitado a materiales como el pino y otros tipos de madera diferentes al bambú guadua. A continuación se muestran algunas investigaciones relacionadas con el tema: Guzmán E. [1998] en su investigación titulada “CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS DE GRANDES LUCES EN MADERA LAMINADA (VENTAJAS, INCONVENIENTES Y COSTOS)” realizó el diseño de un puente con estructura en madera laminada. 7|Página.

(27) utilizando el método de los estados límites y cumpliendo con las normas del manual de diseño para maderas del grupo andino, este diseño se comparó con el de un puente existente y se compararon costos, encontrándose que el proyecto en madera laminada es mucho más costoso. Prieto E. Sánchez. J [2002] en su investigación titulada “COMPORTAMIENTO DE LA GUADUA. ANGUSTIFOLIA. SOMETIDA. A. FLEXIÓN”,. encuentran. resultados. de. resistencia a flexión para esfuerzos de trabajo, módulos de elasticidad mínimo y promedio a flexión, módulos de rigidez a cortante, esfuerzos admisibles a cortante paralelo a la fibra y a compresión perpendicular para guaduas rollizas. Páez I., Camacho V. [2002] en su investigación titulada “ESTUDIO DE CONEXIONES EN GUADUA SOLICITADAS A MOMENTO FLECTOR” obtienen dos tipos de conexiones resistentes a momento que restringen el giro. Estas conexiones son para guadua rolliza. Vanegas. H. [2003]. en. su. investigación. titulada. “INVESTIGACIÓN,. EXPERIMENTACIÓN, APLICACIÓN” determina el proceso de transformación de la guadua rolliza en guadua laminada. Araujo M., Cardeña M., Chan M., Azueta M. [2005] realizaron una investigación titulada “RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DE VIGAS LAMINADAS CON TRES ESPECIES DE MADERA TROPICAL MEXICANA” en la cual encontraron que los resultados para las vigas laminadas tenían una menor dispersión de datos que las vigas macizas y además los laminados presentaron mejor resistencia y un tipo de falla diferente (falla en zona de compresión). Contreras W. Valero S. Thomson E. Owen M. Barrios E [2007] realizaron una investigación titulada “DETERMINACIÓN DE LOS ESFUERZOS DE DISEÑO DE VIGAS LAMINADAS DE PINO CARIBE (Pinus caribaea var. hondurensis) ENCOLADAS CON ADHESIVO DE ISOCIANATO (MDI).” encontrando que para aumentar los esfuerzos de diseño de las vigas, deben ser mejoradas en lo que respecta a los siguientes. 8|Página.

(28) aspectos técnicos: proceso de selección y clasificación de la madera según la madera de leño juvenil y leño adulto; eliminación de los verticilos de nudos, pudrición, resina, grietas y aristas faltantes; y mejora de la calidad del proceso de aserrado y labrado mecanizado, especialmente en el buen uso de la técnica de finger joint. Kasal B. Heiduschke A. [2004] en su investigación titulada “RADIAL REINFORCEMENT OF CURVED GLUE LAMINATED WOOD BEAMS WITH COMPOSITE MATERIALS” determinaron las curvas de carga deflexión para diferentes tipos de refuerzos y los compararon con vigas curvas de madera sin reforzar, encontrando mejores curvas para las vigas reforzadas con un comportamiento dúctil y fallas localizadas cerca de los refuerzos. Bocquet J-F. Pizzi A. Despres A. Mansuri H-R. Resch L. Michel D. Letort F. [2007] en su. investigación. titulada. “WOOD. JOINTS. AND. LAMINATED. WOOD. BEAMS. ASSEMBLED BY MECHANICALLY-WELDED WOOD DOWELS” encuentran que la resistencia de las uniones con pasadores soldados funcionaban bien en todos los casos y en las direcciones que se insertaron en el material sustrato, presentándose siempre la falla por fractura del pasador sin afectar la superficie de soldadura. Cortés Cortés Juan Carlos. [2009] en su investigación titulada “EVALUACIÓN DE LA INFLUENCIA DEL TIPO DE PEGANTE EN EL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE GUADUA LAMINADA PRENSADA PEGADA” determinó la diferencia de resistencia mecánica del bambú guadua laminada pegada prensada utilizando probetas pequeñas de acuerdo a la norma ASTM d193 para cuatro tipos diferentes de adhesivos : melamina, resorcinol, PVA resistente a la humedad y cola natural, encontrando valores de esfuerzos últimos a compresión paralela y perpendicular, corte directo y perpendicular, tracción perpendicular y flexión paralela, y módulo de elasticidad a flexión, concluyendo que los adhesivos más apropiados para el uso en este tipo de material debido a su resistencia y durabilidad es la melamina y el resorcinol. Otra conclusión importante es que se puede ver que el material presenta ductilidad antes de la falla y por consiguiente es un material adecuado para el uso en elementos estructurales.. 9|Página.

(29) 4 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN. El Bambú Guadua Angustifolia Kunth es un material renovable que alcanza su estado de madurez de los 3 a los 6 años de edad desde que nace, alcanzando buena resistencia mecánica. Además el bambú Guadua Angustifolia es de fácil reforestación y se encuentra en buena parte del territorio nacional. A pesar de ser un material altamente utilizado en el país para elementos estructurales y no estructurales de viviendas, aún no se ha desarrollado un proceso industrializado que permita la optimización del bambú guadua como material de construcción. En el país no existen tablas ni gráficos de diseño de vigas fabricadas con bambú guadua laminada pegada prensada, desconociendo hasta el momento las mejoras de resistencia mecánica que presenta este material laminado respecto a su estado natural. Se han realizado investigaciones referentes a vigas de madera laminada, dando buenos resultados de resistencia y servicio, haciéndose necesarias investigaciones sobre el comportamiento de vigas de bambú guadua laminada por tener el bambú guadua buenas propiedades y un tiempo mucho menor de cosecha y producción. A raíz de sismos de gran magnitud en la región cafetera se observó que las viviendas de bambú guadua presentaban grandes deformaciones sin llegar al colapso disipando así la energía inducida por el sismo con deformaciones en el rango inelástico, lo cual es bueno desde el punto de vista estructural. Sin embargo, las vigas de bambú guadua rolliza presentan grandes inconvenientes debido a su gran variedad de diámetros y espesores de pared, con lo cual los. 10 | P á g i n a.

(30) resultados de su resistencia a flexión son dispersos y presentan gran incertidumbre. Además se tiene una gran complejidad en la elaboración de las uniones, presentando fallas en las mismas y generando una gran dependencia entre la resistencia de las vigas y la resistencia de las uniones. Con los laminados de bambú guadua se tienen algunas ventajas: Se puede pensar en un secado controlado de las láminas evitando la presencia de defectos en elementos estructurales por secados no uniformes del material. El adhesivo permite el uso de tablas cortas y angostas que, unidas eficientemente, pueden conformar piezas estructurales de cualquier espesor, largo, ancho y de formas no restringidas.2 [1] Realizando una buena capacitación de personal se puede llegar a optimizar el proceso de producción, haciéndolo rentable y competitivo frente a otros materiales como el concreto y el acero.. [1]. 2. PEREZ GALAZ, VICENTE A. Manual de madera Laminada. Instituto Forestal División Industrias.. Santiago – Chile, 1992.. 11 | P á g i n a.

(31) 5 MARCO TEÓRICO 5.1 ADHESIVOS Es necesario utilizar un adhesivo para uso estructural como la urea resorcinol, y la urea melamina, todas de dos componentes y de curado en frío. En estos productos la reacción de canalización de la resina se produce por la acción de un componente agregado a la mezcla base. Los adhesivos vinílicos tan utilizados en la carpintería no son adecuados para uso estructural porque no resisten las solicitudes habituales de los elementos, además por tener condiciones termoplásticas fluyen bajo la acción de cargas permanentes. El adhesivo de urea formaldehido es el más económico, es utilizable en taller con temperaturas no inferiores a 10°C. El mejor adhesivo para usos exteriores y sin duda el más utilizado por los fabricantes europeos, es la urea resorcinol, requiere una temperatura de trabajo superior, y es más costoso que la urea formaldehido. El adhesivo de urea melamina es también muy resistente a la acción de la humedad sin serlo tanto como el adhesivo de resorcinol y suele ser utilizado cuando se desea evitar las líneas de cola oscuras del resorcinol.. 3. [12]. 5.1.1 UREA – MELAMINA – FORMALDEHIDO MUF 1242.4 [13] Esta resina fue suministrada por una empresa nacional5 quien realiza la importación de las resinas de una empresa multinacional6 cuya sede principal se encuentra en Suecia.. [12]. 3. DEMKOFF, Miguel. Vigas Laminadas Estructurales en madera, su fabricación y empleo. XVII. Jornadas Forestales Entre Ríos. Concordia – Argentina. 2003. [13]. 4. Cortés Cortés Juan Carlos. [2009], “Evaluación De La Influencia Del Tipo De Pegante En El. Comportamiento Mecánico De Guadua Laminada Prensada Pegada”. 12 | P á g i n a.

(32) 5.1.1.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES Es un adhesivo termoestable por lo cual no recobra su plasticidad por la acción del calor. Es un adhesivo que se debe mezclar con un catalizador para que se produzca el fraguado de la resina. El fraguado se produce al reaccionar la resina con el catalizador en un tiempo que depende de la temperatura ambiente y de la proporción de la mezcla. Las características de tiempo de fraguado, tiempos de manejo, etc. Se encuentran en el anexo 11 y fue tomado de la ref [13].. 5.2 BAMBÚ GUADUA LAMINADA Se entiende como bambú guadua laminada aquella que es formada al unir láminas o tablillas de bambú guadua con adhesivos por sus caras, extremos y/o cantos, de manera que se conforman elementos que funcionan como una unidad estructural y no se limitan en sección, largo ni forma; de esta manera se pueden salvar grandes luces y además aprovechar al máximo las características y propiedades del bambú guadua, puesto que se minimizan sus limitaciones y defectos.7 [13]. 5. INTERQUIM. 6. AkzoNobel. [13]. 7. Cortés Cortés Juan Carlos. [2009], “Evaluación De La Influencia Del Tipo De Pegante En El. Comportamiento Mecánico De Guadua Laminada Prensada Pegada”. 13 | P á g i n a.

(33) 6 INFLUENCIA DE LA DENSIDAD DE LAS LÁMINAS EN LA RIGIDEZ Y RESISTENCIA A FLEXIÓN DE VIGAS DE BAMBÚ GUADUA LAMINADA PEGADA PRENSADA. 6.1 OBTENCIÓN DE LAS PROBETAS. 6.1.1 OBTENCIÓN DE LAS TABLILLAS DE BAMBÚ GUADUA. Las láminas o tablillas de bambú guadua para la fabricación de las vigas ensayadas fueron obtenidas de los guaduales de la provincia de Rionegro en el Departamento de Cundinamarca – Colombia. En primera instancia se realizó el aprovechamiento de los guaduales siguiendo las recomendaciones. de. corte,. curado. y. transporte. de. una. gran. cantidad. de. investigadores que han llevado a cabo trabajos con bambú guadua [13]. Una vez realizado el aprovechamiento en los guaduales, se procedió a realizar todo el proceso de producción de las tablillas de bambú guadua, el cual tiene como pasos principales los siguientes: 1. Rajado del bambú guadua rolliza 2. Maquinado a grueso de las tablillas 3. Transporte a Bogotá desde los municipios de acopio 4. Transporte a los laboratorios de la Universidad Nacional 5. Cepillado de láminas imperfectas. 6.1.1.1 RAJADO DEL BAMBÚ GUADUA ROLLIZA Una vez finalizado el procedimiento de aprovechamiento de las guaduas rollizas, se cortaron en tramos de máximo 3m de longitud con el fin de obtener láminas con un espesor constante y menor desperdicio de material, debido a que el bambú guadua presenta una disminución de diámetro y espesor de la pared a lo largo del culmo.. 14 | P á g i n a.

(34) Posteriormente se curaron en caballetes especialmente acondicionados para tal fin y concluido este proceso se transportaron al centro de producción primaria donde se obtuvieron las tablillas al pasar el bambú guadua por una sierra de discos paralelos siguiendo el procedimiento que se describe a continuación: El bambú guadua se pasa por la sierra de discos paralelos de tal manera que se obtiene una lámina por cada pasada del mismo tramo de bambú guadua (Figura No 1). Esta operación hace necesario girar el bambú guadua después de cada pasada por los discos paralelos y volverlo a pasar nuevamente hasta que sean obtenidas el máximo de láminas de cada tramo. Este procedimiento es de gran utilidad cuando los tramos de bambú guadua rolliza presentan grandes diámetros, ya que se pueden obtener un mayor número de tablillas de bambú guadua por cada tramo de bambú guadua rolliza (hasta 12).. Figura No 1.. Proceso de rajado del bambú guadua con discos paralelos.8 [13]. 6.1.1.2 MAQUINADO A GRUESO DE LAS TABLILLAS Una vez rajado el bambú guadua se quitaron los nudos y la corteza de las tablillas, obteniendo láminas de sección rectangular transversal uniforme en ancho y espesor a lo largo de su longitud.. [13]. 8. Cortés Cortés Juan Carlos. [2009], “Evaluación De La Influencia Del Tipo De Pegante En El. Comportamiento Mecánico De Guadua Laminada Prensada Pegada”. 15 | P á g i n a.

(35) Este procedimiento se realizó utilizando la misma sierra de discos paralelos de tal manera que la separación interna entre los discos fuera el espesor requerido de lámina.. 6.1.1.3 TRANSPORTE A BOGOTÁ DESDE LOS MUNICIPIOS DE ACOPIO Teniendo las láminas de bambú guadua ya maquinadas y con sección transversal definida se transportaron a las instalaciones de la Universidad Nacional de Bogotá para continuar con el proceso de transformación, esto con autorización previa por parte de la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca CAR, la cual es la entidad encargada de autorizar el transporte de cualquier material natural desde un municipio a otro (esto con el fin de velar por el correcto uso de los materiales naturales y evitar problemas por la propagación de agentes naturales adversos de una zona del departamento a otra y problemas de deforestación).. 6.1.1.4 CEPILLADO DE LAS LÁMINAS IMPERFECTAS. Ya contando con las láminas en las instalaciones de la Universidad Nacional, se procedió a realizar una nueva clasificación de las láminas apartando en un grupo las láminas que llegaron sin imperfecciones, en otro grupo las que llegaron con un porcentaje mínimo de imperfectos (entre 1 y 3 imperfectos en toda la tablillas) y en un último grupo las láminas que llegaron con un gran porcentaje de imperfectos (mayor a 3 imperfectos en toda la tablilla). Una vez clasificadas las láminas se cepillaron y cantonearon las láminas con un porcentaje mínimo de imperfectos para dejar las cuatro caras de las láminas con un acabado sin imperfectos; las láminas con un gran porcentaje de imperfectos se rechazaron. En la Figura No 2 se muestra el proceso de cepillado de las láminas con un porcentaje mínimo de imperfectos:. 16 | P á g i n a.

(36) Figura No 2.. Proceso de cepillado de las láminas con mínimas imperfecciones.9 [13]. 6.1.2 CLASIFICACIÓN DE LAS LÁMINAS PARA EL ESTUDIO DE VIGAS CON DIFERENTES CONFIGURACIONES DE DENSIDAD. 6.1.2.1 SUBDIVISIÓN DE LAS LÁMINAS DE 2m EN TRAMOS PARA HUMEDAD Y TRAMOS PARA DENSIDAD Y FABRICACIÓN DE VIGAS. Las láminas de bambú guadua obtenidas después de finalizado el proceso de maquinado fueron de 2m de longitud y sección constante a lo largo, sin embargo la fracción volumétrica de fibra varía a lo largo del culmo del bambú guadua y en el espesor de la pared y por tanto su densidad, siendo menor en la parte baja del culmo (Cepa) y mayor en la parte alta o superior del culmo (sobrebasa). Esto implica una variación continua de la densidad a lo largo de cada una de las láminas de bambú guadua. Para estudiar el comportamiento de vigas con diferente densidad de láminas y teniendo en cuenta lo anterior y para que las láminas de bambú guadua utilizadas en la fabricación de las vigas tuvieran una densidad casi constante, se elaboraron vigas de 60 cm de longitud.. [13]. 9. Cortes Cortes Juan Carlos. [2009], “Evaluación De La Influencia Del Tipo De Pegante En El. Comportamiento Mecánico De Guadua Laminada Prensada Pegada”. 17 | P á g i n a.

(37) Dado lo anterior se realizó el corte de cada una de las láminas de bambú guadua de 2m en 7 tramos (A, B, C, D, E, F, G) según la Figura No 3 y se marcó cada uno de estos tramos con un número que indicaba el número de la lámina de 2m a la cual pertenecía el tramo y una letra A, B, C, D, E, F, G, de manera tal que se tuvieran tramos alternados de 60cm de longitud para la elaboración de las vigas y de 5cm de longitud para medición de humedad.. 5cm. 60cm. 5cm. 60cm. 5cm. 60cm. 5cm. A. B. C. D. E. F. G. 200cm Figura No 3.. Subdivisión de las láminas de 2m en tramos de 60cm y 5cm.. Se obtuvo la densidad natural de las láminas de 60cm de longitud y se clasificaron según su densidad en dos grupos: láminas con densidad alta (densidad mayor a 0.7gr/cm3) y láminas con densidad baja (densidad menor a 0.7gr/cm3). Se determinó el contenido de humedad de los tramos (A, C, E, G) de 5cm de longitud ya que diferencias importantes de contenido de humedad de las láminas que forman una viga ocasionarían esfuerzos internos y deformaciones una vez pegadas y prensadas las láminas y pueden incidir en el comportamiento del elemento compuesto.. 6.1.2.2 MEDICIÓN DE DENSIDAD DE LAS LÁMINAS Una vez se obtuvieron las láminas de 60 cm de longitud, se procedió a medir su densidad siguiendo las recomendaciones dadas en la NTC 5525 “Métodos de ensayo para determinar las propiedades físicas y mecánicas de la guadua angustifolia. 18 | P á g i n a.

(38) Kunth”. Se midieron (Figura No 4) tres (3) espesores, tres (3) anchos y tres (3) longitudes con una aproximación de 0.01 mm para el espesor y el ancho y una aproximación de 1 mm para la longitud, por ser esta última la mayor dimensión (aproximadamente 25 veces el ancho y 120 veces el espesor) y no contarse con un instrumento. de. medición. que. permitiera. una. aproximación. mayor.. Este. procedimiento fue realizado para todas los tramos de lámina B, D y F según la subdivisión mostrada en el subcapítulo 6.1.2.1.. Figura No 4.. Medición de dimensiones de las láminas B, D y F con calibrador digital +/-0.01mm.. El volumen (Ecuación No 4) se calculó multiplicando los promedios de los espesores (Ecuación No 1), anchos (Ecuación No 2) y longitudes (Ecuación No 3):. ݁‫ ݉݋ݎ݌ ݎ݋ݏ݁݌ݏ‬൫݁௣௥௢௠ ൯ = Ecuación No 1.. ݁1 + ݁2 + ݁3 3. Cálculo del espesor promedio de las láminas de bambú guadua.. ܽ݊ܿℎ‫ ݉݋ݎ݌ ݋‬൫ܽ௣௥௢௠ ൯ = Ecuación No 2.. ܾ1 + ܾ2 + ܾ3 3. Cálculo del ancho promedio de las láminas. 19 | P á g i n a.