Comportamiento de las cerchas construidas en guadua rolliza
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(3) Indice General 1. Introducción. 1. 1.1. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3. 1.1.1. Distribución de la Guadua Angustifolia Kunt en Colombia . . . . . .. 3. 1.1.2. Anatomı́a de la Guadua Angustifolia Kunt . . . . . . . . . . . . . .. 4. 1.2. Ventajas y Desventajas de la Guadua Rolliza Angustifolia Kunt . . . . . . .. 6. 1.3. Aspectos Técnicos del ciclo de Preparación de la Guadua Rolliza Angustifolia Kunt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8. 1.4. Investigaciones Previas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 11. 2. Objetivos y Alcance. 15. 2.1. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15. 2.1.1. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15. 2.1.2. Objetivos Especı́ficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15. 2.2. Alcance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 15. 3. Metodologı́a. 17. 4. Sistema Estructural. 19. 4.1. Consideraciones Generales para el Analisis y Diseño . . . . . . . . . . . . .. 19. 4.1.1. Método de Análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19. 4.1.2. Método de Diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20. 4.2. Generalidades para el uso de la cercha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20. 4.3. Sistemas de Estructuras Tipo Celosı́as: Techos y Cubiertas . . . . . . . . .. 22. 4.4. Ventajas de las Armaduras Construidas en Guadua Rolliza . . . . . . . . .. 24. 4.5. Tipo de Cerchas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 25. 4.6. Esquemas Estructurales Tı́picos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26. 5. Evaluación De Las Propiedades Mecánicas Para La Caracterización De Los Materiales. 31. 5.1. Consideraciones Generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 31. 5.2. Propiedades Fı́sicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 32. iii.
(4) 5.2.1. Contenido de Humedad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 32. 5.2.1.1. Descripción Del Ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33. 5.2.1.2. Resultados Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33. 5.2.2. Densidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33. 5.2.2.1. Descripción Del Ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33. 5.2.2.2. Resultados Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33. 5.2.3. Contracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 36. 5.2.3.1. Descripción Del Ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 36. 5.2.3.2. Resultados Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 37. 5.3. Propiedades Mecánicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 37. 5.3.1. Compresión paralela a las fibras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38. 5.3.1.1. Descripción del Ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38. 5.3.1.2. Resultados Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38. 5.3.2. Compresión Perpendicular a Las Fibras . . . . . . . . . . . . . . . .. 41. 5.3.2.1. Descripción del Ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 41. 5.3.2.2. Resultados Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 42. 5.3.3. Tensión Paralela a Las Fibras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 44. 5.3.3.1. Descripción del Ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 44. 5.3.3.2. Resultados Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47. 5.3.4. Tension Perpendicular a las Fibras. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48. 5.3.4.1. Descripción del Ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 48. 5.3.4.2. Resultados Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50. 5.3.5. Corte Paralelo a las Fibras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 53. 5.3.5.1. Descripción del Ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 53. 5.3.5.2. Resultados Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 53. 5.3.6. Flexion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 57. 5.3.6.1. Descripción del Ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 57. 5.4. Análisis de Resultados de Propiedades Fı́sicas y Mecanizas. . . . . . . . . .. 63. 5.4.1. Análisis de resultados de Propiedades Fı́sicas . . . . . . . . . . . . .. 63. 5.4.2. Análisis de resultados de Propiedades Mecánicas . . . . . . . . . . .. 65. 5.5. Análisis Probabilı́stico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 70. 5.6. Conclusiones y Observaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 78. 6. Propiedades Mecánicas Para La Caracterización De Las Uniones De Las Cerchas. 81. 6.1. Descripción del Ensayo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 81. 6.2. Resultados Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 82.
(5) 7. Diseño y Ensayo Experimental de Cerchas de Guadua Rolliza. 85. 7.1. Métodos Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 85. 7.1.1. Programación de Ensayos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 85. 7.1.2. Descripción de los Especı́menes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 85. 7.1.3. Montaje Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 86. 7.1.4. Procedimiento Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 89. 7.2. Procedimiento Analı́tico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 89. 7.3. Implementación del Modelo Analı́tico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 90. 8. Resultados Experimentales. 99. 8.1. Cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 99. 8.2. Pesos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 99. 8.3. Deformación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 8.4. Predicción de la Falla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 8.5. Modos de Fallas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 9. Análisis De Resultados. 113. 9.1. Analisis de Cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 9.2. Deflexiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 9.3. Modos de Falla y Predicción de falla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 9.3.1. Cercha Tipo 1 CP30-1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 9.3.2. Cercha Tipo 1 CP30-2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 9.3.3. Cercha Tipo 1 CP30-3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 9.3.4. Cercha Tipo 2 CG30-1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 9.3.5. Cercha Tipo 2 CG30-2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 9.3.6. Cercha Tipo 1 CP45-1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 9.3.7. Cercha Tipo 1 CP45-2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 9.3.8. Cercha Tipo 1 CP45-3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 9.3.9. Cercha Tipo 1 CG45-1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 9.3.10. Cercha Tipo 1 CG45-2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 9.3.11. Cercha Tipo 1 CG45-3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 9.3.12. Cercha Tipo 1 CB45-1: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 9.3.13. Cercha Tipo 1 CB45-2: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 9.3.14. Cercha Tipo 1 CB45-3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 9.3.15. Cercha Tipo 1 CB45-4: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 10.Diseño De Cerchas En Guadua Rolliza Para Cubiertas De Viviendas De Interés Social. 145. 10.1. Obtención de cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 10.1.1. Cargas Muertas: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.
(6) 10.1.2. Cargas Vivas: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 10.1.3. Cargas de Viento: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 10.2. Combinaciones de Cargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 10.3. Esfuerzos Admisibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 10.4. Geometrı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 10.5. Cargas Aplicadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 10.6. Esfuerzos Teóricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 10.7. Verificación de los elementos solicitados a tensión axial . . . . . . . . . . . . 156 10.8. Verificación de los elementos solicitados a compresión axial . . . . . . . . . 160 10.9. verificación de las correas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 10.10.Verificación de Deflexiones Admisibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 10.11.Verificación del Pasador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 11.Conclusiones y Recomendaciones. 165.
(7) Índice de figuras 1.1. Localización de la Guadua Angustifolia Kunt en Colombia . . . . . . . . . .. 3. 1.2. Composición del Tejido de la Guadua. Fuente: Ing. Luisa Rubio. Archivo Personal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5. 1.3. Disposición De Las Fibras en el Culmo. Fuente: Ing. Luisa Rubio. Archivo Personal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5. 1.4. Las Hojas de la Guadua Rolliza.Fuente: Ing. Luisa Rubio. Archivo Personal. 6. 1.5. Partes del Culmo:Guadua Angustifolia Kunt. Fuente: Ing. Luisa Rubio. Archivo Personal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7. 1.6. Ciclo de Preparación de la Guadua Rolliza Angustifolia Kunt. Fuente: Ing. Luisa Rubio. Archivo Personal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9. 4.1. Direcciones Ortogonales de la Guadua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19. 4.2. Vivienda de Interés Social (Armenia-Quindı́o).Fuente: Ing. Luisa Rubio. Archivo Personal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 21. 4.3. Puente Peatonal de la sede de la CARDER. Corporación Autónoma Regional de Risaralda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 21. 4.4. Elementos de una Cercha. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22. 4.5. Armados en Guadua Rolliza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 23. 4.6. Estructuras tipo celosias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 23. 4.7. Componentes Sistemas de Techo y Cubierta . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 25. 4.8. Tipos de Armaduras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 27. 4.9. Centro Deportivo en el Instituto de Servicio Nacional de Aprendizaje, Sena(Quindı́oArmenia). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 27. 4.10. Universidad Antonio Nariño(Quindı́o-Armenia) . . . . . . . . . . . . . . . .. 28. 4.11. Armaduras de Cubierta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28. 4.12. Centro Deportivo en el Instituto de Servicio Nacional de Aprendizaje, Sena(Quindı́oArmenia) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.13. Universidad Antonio Nariño(Quindı́o-Armenia. 29. . . . . . . . . . . . . . . . .. 29. 4.14. Armaduras de Cubierta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 30. 4.15. Puente Peatonal de la sede de la CARDER Corporación Autónoma Regional de Risaralda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii. 30.
(8) 5.1. Direcciones ortogonales de la guadua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 36. 5.2. Montaje Ensayo de Compresión Paralelo a las Fibras . . . . . . . . . . . . .. 38. 5.3. Tipos de falla ensayo compresión paralela a las fibras . . . . . . . . . . . . .. 39. 5.4. Curva esfuerzo versus deformación. Ensayo de compresión paralelo a la fibra 40 5.5. Montaje Ensayo de Compresión Perpendicular a las Fibras. . . . . . . . . .. 42. 5.6. Modos de Falla Probetas a Compresión Perpendicular a las Fibras . . . . .. 44. 5.7. Curva esfuerzo versus desplazamiento. Ensayo de compresión perpendicular a la fibra sin mortero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 45. 5.8. Curva esfuerzo versus desplazamiento. Ensayo de compresión perpendicular a la fibra con mortero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 46. 5.9. Ensayo de tensión paralela a la fibra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47. 5.10. Tipo de falla probeta a tensión paralela a las fibras . . . . . . . . . . . . . .. 48. 5.11. Curva esfuerzo versus deformación. Ensayo de tensión paralela a la fibra . .. 49. 5.12. Ensayo de tensión perpendicular a la fibra . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50. 5.13. Platinas de soporte para ensayos a tensión perpendicular a las fibras . . . .. 50. 5.14. Modos de Falla Probetas a Tensión Perpendicular a las Fibras . . . . . . . .. 52. 5.15. Curva carga versus desplazamiento. Ensayo de tensión perpendicular a la fibra sin nudo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 54. 5.16. Curva carga versus desplazamiento. Ensayo de tensión perpendicular a la fibra con nudo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 55. 5.17. Montaje de corte paralelo a la fibra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 56. 5.18. tipo de falla ensayo corte paralelo a la fibra . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 57. 5.19. Curva carga versus desplazamiento. Ensayo de corte paralelo a la fibra sin nudo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 58. 5.20. Curva carga versus desplazamiento. Ensayo de corte paralelo a la fibra con nudo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59. 5.21. Distancias a los Apoyos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 60. 5.22. Montaje Ensayo a Flexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 60. 5.23. Tipos de Falla ensayo a Flexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61. 5.24. Curva carga versus desplazamiento. Ensayo de flexión . . . . . . . . . . . .. 62. 5.25. Comparación de valores de densidad de la Guadua Rolliza con la Guadua Laminada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 63. 5.26. Comparación de valores de contracción de la Guadua Rolliza con la Guadua Laminada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 64. 5.27. Comparación de la Relación Contracción Tangencial / Contracción Radial de Guadua Rolliza y Guadua Laminada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 65. 5.28. Comparación de las Propiedades de la Guadua Rolliza con la Norma Colombiana (NSR-10) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 72.
(9) 5.29. Comparación de los valores de Modulo de Elasticidad de la Guadua Rolliza (Universidad de los Andes Vs NSR-10) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 73. 5.30. Esfuerzo máximo a la compresión para diferentes especies de bambú . . . .. 74. 5.31. Módulo de elasticidad a la compresión para diferentes especies de bambú . .. 75. 5.32. Comparación esfuerzo a tensión paralela a las fibras en condición seca . . .. 76. 5.33. Comparación módulo de elasticidad a tensión en condición seca . . . . . . .. 76. 5.34. Comparación esfuerzo cortante paralelo a las fibras en condición seca . . . .. 77. 5.35. Comparación Esfuerzo Máximo a la Flexión en Condición Seca . . . . . . .. 78. 5.36. Comparación Módulo de Elasticidad a la Flexión en Condición Seca . . . .. 79. 6.1. Ensayos Uniones fuera del plano a 0◦ , 45◦ , 60◦ y 90◦ grados . . . . . . . . .. 83. 6.2. Curvas Caracterı́stica de las uniones a. 0◦. 6.3. Curvas Caracterı́stica de las uniones a. 45◦. grados . . . . . . . . . . . . . . .. 84. 6.4. Curvas Caracterı́stica de las uniones a. 60◦. grados . . . . . . . . . . . . . . .. 84. 6.5. Curvas Caracterı́stica de las uniones a. 90◦. grados . . . . . . . . . . . . . . .. 84. 7.1. Geometrı́a de las Cerchas Tipo 1 Fuera del Plano a 30◦ y 45◦ . . . . . . . .. 86. grados . . . . . . . . . . . . . . .. 7.2. Geometrı́a de las Cerchas Tipo 2 Fuera del Plano a. 30◦. . . . . . . . .. 86. . . . . . . . . . . .. 86. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 87. 7.5. Ubicación de los Deformı́metros Electrónicos . . . . . . . . . . . . . . . . .. 88. 7.3. Geometrı́a de las Cerchas Tipo 3 Dentro del Plano a 7.4. Montaje de Cerchas en Guadua Rolliza 7.6. Modelo Cercha Tipo 1 a. 30◦. y. 45◦. y. 45◦. 83. 45◦. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7.7. Modelo Cercha Tipo 1- Nudos para el análisis en SAP2000. 91. . . . . . . . . .. 91. 7.8. Modelo Cercha Tipo 1- Elementos para el análisis en SAP2000 . . . . . . .. 92. 7.9. Modelo Cercha Tipo 2 a. 30◦. y. 45◦. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7.10. Modelo Cercha Tipo 2- Nudos para el análisis en SAP2000. 92. . . . . . . . . .. 93. 7.11. Modelo Cercha Tipo 2- Elementos para el análisis en SAP2000 . . . . . . .. 93. 7.12. Modelo Cercha Tipo 3 a. 45◦. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7.13. Modelo Cercha Tipo 2- Nudos para el análisis en SAP2000. 94. . . . . . . . . .. 94. 7.14. Modelo Cercha Tipo 2- Elementos para el análisis en SAP2000 . . . . . . .. 95. 7.15. Modelo Cercha Tipo 1- Secciones con Releases . . . . . . . . . . . . . . . .. 96. 7.16. Modelo Cercha Tipo 2- Secciones con Releases . . . . . . . . . . . . . . . .. 96. 7.17. Modelo Cercha Tipo 3- Secciones con Releases y Constrains . . . . . . . . .. 96. 7.18. Cargas asignadas al modelo de SAP2000 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 97. 8.1. Promedio de pesos para las cerchas tipo 1, 2, y 3. . . . . . . . . . . . . . . . 100 8.2. Deflexiones obtenidas para cerchas tipo 1 a 30◦ y a 45◦ . . . . . . . . . . . . 101 8.3. Deflexiones obtenidas para cerchas tipo 2 a 30◦ y a 45◦ . . . . . . . . . . . . 102 8.4. Deflexiones obtenidas para cerchas tipo 2 a 30◦ y a 45◦ . . . . . . . . . . . . 102 8.5. Modelo Cercha Tipo 1- Nudos para el análisis en SAP2000. . . . . . . . . . 104. 8.6. Modelo Cercha Tipo 2- Nudos para el análisis en SAP2000. . . . . . . . . . 104.
(10) 8.7. Modelo Cercha Tipo 3- Nudos para el análisis en SAP2000. . . . . . . . . . 105. 8.8. Fallas en los nudos de las cerchas tipo 1 (a y b), tipo 2 (c y d) y tipo 3 (e y f)111 9.1. Cargas de fallas en cerchas tipo 1, 2, y 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 9.2. Deflexiones obtenidas para cerchas tipo 1 a 30◦ con los valores teóricos de SAP2000. Sin Resortes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 9.3. Deflexiones obtenidas para cerchas tipo 1 a 30◦ con los valores teóricos de SAP2000. Con Resortes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 9.4. Deflexiones obtenidas para cerchas tipo 1 a 45◦ con los valores teóricos de SAP2000. Sin Resortes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 9.5. Deflexiones obtenidas para cerchas tipo 1 a 45◦ con los valores teóricos de SAP2000. Con Resortes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 9.6. Deflexiones obtenidas para cerchas tipo 2 a 30◦ con los valores teóricos de SAP2000. Sin Resortes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 9.7. Deflexiones obtenidas para cerchas tipo 2 a 30◦ con los valores teóricos de SAP2000. Con Resortes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 9.8. Deflexiones obtenidas para cerchas tipo 2 a 45◦ con los valores teóricos de SAP2000. Sin Resortes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 9.9. Deflexiones obtenidas para cerchas tipo 2 a 45◦ con los valores teóricos de SAP2000. Con Resortes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 9.10. Zona de Falla: a) Elemento 1: Cordón Superior Izquierdo. b) Elemento 4: Cordón Inferior Izquierdo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124 9.11. Falla experimental en la cercha tipo 1: CP30-1 . . . . . . . . . . . . . . . . 125 9.12. Falla experimental en la cercha tipo 1: CP30-1 . . . . . . . . . . . . . . . . 125 9.13. Zona de Falla: a) Elemento 1: Cordón Superior Izquierdo. b) Elemento 4: Cordón Inferior Izquierdo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 9.14. Falla experimental en la cercha tipo 1: CP30-2 . . . . . . . . . . . . . . . . 126 9.15. Falla experimental en la cercha tipo 1: CP30-2 . . . . . . . . . . . . . . . . 126 9.16. Zona de Falla: a) Elemento 2: Cordón Superior Central. b) Elemento 4: Cordón Inferior Izquierdo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 9.17. Falla experimental en la cercha tipo 1: CP30-3 . . . . . . . . . . . . . . . . 127 9.18. Falla experimental en la cercha tipo 1: CP30-3 . . . . . . . . . . . . . . . . 127 9.19. Zona de Falla: a) Elemento 1: Cordón Superior Izquierdo. b) Elemento 7: Cordón Inferior Izquierdo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 9.20. Falla experimental en la cercha tipo 2: CG30-1 . . . . . . . . . . . . . . . . 128 9.21. Falla experimental en la cercha tipo 2: CG30-1 . . . . . . . . . . . . . . . . 129 9.22. Zona de Falla: elemento 2: Cordón Superior Izquierdo y elemento 4: Cordón Superior Derecho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 9.23. Falla experimental en la cercha tipo 2: CG30-2 . . . . . . . . . . . . . . . . 130 9.24. Falla experimental en la cercha tipo 2: CG30-2 . . . . . . . . . . . . . . . . 130.
(11) 9.25. Zona de Falla: a) Elemento 4: Cordón Inferior Izquierdo. b Elemento 6: Cordón Inferior Derecho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 9.26. Falla experimental en la cercha tipo 1: CP45-1 . . . . . . . . . . . . . . . . 131 9.27. Falla experimental en la cercha tipo 1: CP45-1 . . . . . . . . . . . . . . . . 131 9.28. Zona de Falla: a Elemento 1: Cordón Superior Izquierdo. b Elemento 6: Cordón Inferior Derecho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 9.29. Falla experimental en la cercha tipo 1: CP45-2 . . . . . . . . . . . . . . . . 132 9.30. Falla experimental en la cercha tipo 1: CP45-2 . . . . . . . . . . . . . . . . 132 9.31. Zona de Falla: a) Elemento 4: Cordón Inferior Izquierdo. b Elemento 4: Cordón Inferior Izquierdo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 9.32. Falla experimental en la cercha tipo 1: CP45-2 . . . . . . . . . . . . . . . . 133 9.33. Falla experimental en la cercha tipo 1: CP45-3 . . . . . . . . . . . . . . . . 134 9.34. Zona de Falla: a) Elemento 3: Cordón Superior Central. b) Elemento 9: Cordón Inferior Derecho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 9.35. Falla experimental en la cercha tipo 2: CG45-1 . . . . . . . . . . . . . . . . 134 9.36. Falla experimental en la cercha tipo 2: CG45-1 . . . . . . . . . . . . . . . . 135 9.37. Zona de Falla: a) Elemento 7: Cordón Inferior Izquierdo. b) Elemento 9: Cordón Inferior Derecho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 9.38. Falla experimental en la cercha tipo 2: CG45-2 . . . . . . . . . . . . . . . . 136 9.39. Falla experimental en la cercha tipo 2: CG45-2 . . . . . . . . . . . . . . . . 136 9.40. Zona de Falla: a) Elemento 1: Cordón Superior Izquierdo. b) Elemento 7: Cordón Inferior Izquierdo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 9.41. Falla experimental en la cercha tipo 2: CG45-3 . . . . . . . . . . . . . . . . 137 9.42. Falla experimental en la cercha tipo 2: CG45-3 . . . . . . . . . . . . . . . . 137 9.43. Zona de Falla: a) Elemento 6: Cordón Inferior Derecho. b) Elemento 12: Vertical Derecha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 9.44. Falla experimental en la cercha tipo 3: CB45-1 . . . . . . . . . . . . . . . . 138 9.45. Falla experimental en la cercha tipo 3: CB45-1 . . . . . . . . . . . . . . . . 139 9.46. Zona de Falla: a) Elemento 12: Vertical Derecha. b) Elemento 18: Diagonal Derecha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 9.47. Falla experimental en la cercha tipo 3: CB45-2 . . . . . . . . . . . . . . . . 140 9.48. Falla experimental en la cercha tipo 3: CB45-2 . . . . . . . . . . . . . . . . 140 9.49. Zona de Falla: a) Elemento 8: Vertical Izquierda. b) Elemento 15: Diagonal Izquierdo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 9.50. Falla experimental en la cercha tipo 3: CB45-3 . . . . . . . . . . . . . . . . 141 9.51. Falla experimental en la cercha tipo 3: CB45-3 . . . . . . . . . . . . . . . . 142 9.52. Zona de Falla: a) Elemento 8: Vertical Izquierda. b) Elemento 2: Cordón Superior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 9.53. Falla experimental en la cercha tipo 3: CB45-4 . . . . . . . . . . . . . . . . 143.
(12) 9.54. Falla experimental en la cercha tipo 3: CB45-4 . . . . . . . . . . . . . . . . 143 10.1. Cercha: a) Geometrı́a de la Cercha. b) modelación en SAP2000 . . . . . . . 151 10.2. Fachada Lateral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 10.3. Planta Cubierta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 10.4. Cargas Distribuidas en la cubierta debido a la carga muerta . . . . . . . . . 154 10.5. Cargas Distribuidas en la cubierta debido a la carga viva . . . . . . . . . . . 155 10.6. Distribución de áreas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 10.7. Cargas Puntuales en la Cubierta debido al viento para X y Y . . . . . . . . 158 10.8. Localizacion cercha critica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 10.9. Enumeración de los elemento de la cercha central . . . . . . . . . . . . . . . 159 10.10.Carga distribuida sobre las correas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 10.11.Deflexiones Admisibles NSR-10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.
(13) Indice de tablas 5.1. Resultados del Ensayo de Contenido de Humedad . . . . . . . . . . . . . . .. 34. 5.2. Resultados del Ensayo de Densidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35. 5.3. Ensayo de Contracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 37. 5.4. Resultados Experimentales Ensayo de Compresión Paralela a la Fibra . . .. 39. 5.5. Resultados Experimentales Ensayo de Compresión Perpendicular a la Fibra Sin Mortero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43. 5.6. Resultados Experimentales Ensayo de Compresión Perpendicular a la Fibra Con Mortero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43. 5.7. Resultados Experimentales Ensayo de Tensión Paralela a las Fibras . . . . .. 47. 5.8. Resultados Experimentales Ensayos de Tensión perpendicular a las fibras sin nudo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51. 5.9. Resultados Experimentales Ensayos de Tensión perpendicular a las fibras con nudo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51. 5.10. Resultados Experimentales Ensayo de Corte Paralelo a la Fibra Sin Nudo .. 53. 5.11. Resultados Experimentales Ensayo de Corte Paralelo a la Fibra Con Nudo .. 56. 5.12. Resultados Experimentales Ensayo de Flexion . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61. 5.13. Contracción Volumétrica NSR-10 (Tabla G-C.1) . . . . . . . . . . . . . . .. 64. 5.14. Relación: Contracción tangencial/contracción Radial NSR-10 (Tabla G-C.2). 64. 5.15. Resumen de resultados de los ensayos de propiedades mecánicas . . . . . . .. 67. 5.16. Resumen de resultados de los ensayos de propiedades mecánicas . . . . . . .. 68. 5.17. Análisis probabilı́stico de las propiedades mecánicas evaluadas . . . . . . . .. 70. 5.18. Tabla G.12.7-1: Esfuerzos Admisibles (MPa) . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 71. 5.19. Esfuerzos Admisibles Universidad de los Andes (MPa) . . . . . . . . . . . .. 71. 5.20. Esfuerzos Admisibles Modificados Universidad de los Andes (MPa) . . . . .. 71. 6.1. Número de Ensayos para Uniones Fuera del Plano . . . . . . . . . . . . . .. 82. 6.2. Resultados de los Ensayos de las Uniones Fuera del Plano . . . . . . . . . .. 82. 7.1. Numero de Ensayos para Cerchas Tipo 1, 2 y 3 . . . . . . . . . . . . . . . .. 85. 7.2. Cargas Experimentales Cerchas Tipo 1, 2 y 3 . . . . . . . . . . . . . . . . .. 97. 8.1. Resultados Experimentales Cerchas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 xiii.
(14) 8.2. Carga versus Peso para las cerchas tipo 1, 2 y 3 . . . . . . . . . . . . . . . . 101 8.3. Cargas Ensayos de Caracterización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 8.4. Cargas Ensayos de Uniones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 8.5. Formato Análisis Predicción de Falla Elementos- Cercha CP30-1 . . . . . . 106 8.6. Formato Análisis Predicción de Falla Uniones- Cercha CP30-1 . . . . . . . . 107 8.7. Formato Análisis Predicción de Falla Elementos- Cercha CG30-1 . . . . . . 108 8.8. Formato Análisis Predicción de Falla Uniones- Cercha CG30-1. . . . . . . . 109. 8.9. Formato Análisis Predicción de Falla elementos- Cercha CB45-1 . . . . . . . 109 8.10. Formato Análisis Predicción de Falla elementos- Cercha CB45-1 . . . . . . . 110 9.1. Comparación Cerchas tipo 1 a 30◦ Sin Resortes . . . . . . . . . . . . . . . . 115 9.2. Comparación Cerchas tipo 1 a 30◦ Con Resortes . . . . . . . . . . . . . . . 116 9.3. Comparación Cerchas tipo 1 a 45◦ Sin Resortes . . . . . . . . . . . . . . . . 117 9.4. Comparación Cerchas tipo 1 a 45◦ Con Resortes . . . . . . . . . . . . . . . 118 9.5. Comparación Cerchas tipo 2 a 30◦ Sin Resortes . . . . . . . . . . . . . . . . 119 9.6. Comparación Cerchas tipo 2 a 30◦ Con Resortes . . . . . . . . . . . . . . . 120 9.7. Comparación Cerchas tipo 2 a 45◦ Sin Resortes . . . . . . . . . . . . . . . . 121 9.8. Comparación Cerchas tipo 2 a 45◦ Con Resortes . . . . . . . . . . . . . . . 123 9.9. Diferencia Porcentual Cerchas tipo 1 y tipo 2 Con y Sin Resorte . . . . . . 124 9.10. Comparación Cargas Analı́tica y Experimental . . . . . . . . . . . . . . . . 144 10.1. Esfuerzos Admisibles en la Guadua (Esta investigación) . . . . . . . . . . . 150 10.2. Fuerza Axial Teórica en la Cercha Central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 10.3. Deflexión Teórica en la Cercha Central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159.
(15) Capı́tulo 1. Introducción La Guadua Angustifolia Kunth es la especie nativa más importante de Colombia. Fue identificada en 1822 por el botánico alemán Karl S. Kunth quien patenta el género Guadua, haciendo uso del vocablo indı́gena ”guadua”, con el que lo identificaban las comunidades indı́genas de Colombia y Ecuador. Este investigador rebautiza la especie con el nombre de Guadua Angustifolia, que significa ”Hoja Angosta [1]”. La guadua es un bambú leñoso que pertenece a la familia de las gramı́neas del cual existen en el mundo cerca de 1.000 especies, 500 de ella en América. De éstas aproximadamente 20 se encuentran en el territorio colombiano, dentro de las cuales se tiene a la Guadua Angustifolia Kunth, ubicada especı́ficamente en el eje cafetero. Esta especie es el tercer bambú más grande del mundo, superado únicamente por dos especies asiáticas. Alcanza los 30 mts de altura y los 22 cm de diámetro. Se trata de un recurso sostenible y renovable, puesto que se automultiplica vegetativamente, es decir, que no necesita de semillas para reproducirse como ocurre con algunas especies maderables. La guadua ha sido desde hace muchos años una excelente herramienta para las construcciones desarrolladas en Colombia y en especial en el eje cafetero, por ser un material renovable, flexible y sobretodo económico, al igual que por su elevada resistencia mecánica. Por otro lado, arquitectónicamente es un material agradable a la vista. Por tal motivo, se ha aprovechado la guadua de la región del eje cafetero .Angustifolia Kunth”por su alto nivel de disponibilidad y de confiabilidad en la calidad del material. En este contexto, la cercha puede ser definida como un sistema estructural que forma triangulaciones, donde los elementes que la conforman están soportando esfuerzos de tensión y de compresión. Dicho sistema es muy utilizado en las construcciones de guadua, debido a su bajo costo y a su eficaz fabricación, además de ser un material relativamente 1.
(16) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN liviano y soportar grandes cargas. Han existido muchos estudios sobre sus propiedades fı́sicas y mecánicas, al igual que las diferentes aplicaciones de la guadua como material de construcción, como es el caso de cerchas para cubiertas y puentes. Sin embargo, los métodos convencionales de análisis y diseño no permiten predecir adecuadamente las deflexiones en este tipo de armaduras. ¿Por qué es tan importante estudiar las deflexiones?, puesto que una de las finalidades en el diseño es garantizar que la estructura sea segura y además tenga buenas propiedades de servicio. Una estructura con buenas propiedades de servicio es una que funciona satisfactoriamente, sin causar ninguna incomodidad o percepciones de inseguridad a los ocupantes o usuarios de la estructura. El limite apropiado para la deflexión máxima dependerá de la función para lo cual fue diseñada la estructura y de la probabilidad del daño resultante de la deflexión. Por tanto, para la realización de este proyecto investigativo se evaluará experimentalmente propiedades mecánicas a la guadua: comprensión y tensión. El material seleccionado previamente se le ha realizado un proceso de secado e inmunizado antes de llegar al laboratorio de la Universidad de Los Andes. Posteriormente, se comparará estos resultados con investigaciones realizadas con anterioridad, con la finalidad de conocer los porcentajes de diferencia en las respectivas investigaciones, y con ellos tener parámetros de entrada para el análisis de esta investigación. Una vez cumplidas estas condiciones, la finalidad de este trabajo consistirá en analizar algunas caracterı́sticas de las armaduras en guadua rolliza utilizando modelos a gran escala con diferente geometrı́a y tipos de uniones, sometidos a cargas aplicadas en los nudos del cordón superior con el fin de proporcionar una herramienta de análisis y diseño que tenga en cuenta la rigidez de los nudos, la cual afecta las condiciones de servicio para la cual fue diseñada la cercha. La dificultad de las cerchas en cualquier tipo de material son las uniones. Puesto que las uniones reciben las cargas y a su vez trasmiten los esfuerzos a los diferentes elementos que componen a la cercha. Las uniones deben ser totalmente rı́gidas para que el armazón no se pandee. Por lo tanto, en el diseño de armaduras de cualquier tipo de material se debe garantizar seguridad. Para ello, se deben limitar las deflexiones para que la armadura no sufra problemas de inestabilidad. Las deflexiones ocurren debido al acoplamiento (elementopasador y/o platinas) y a las deformaciones locales en la unión. Por lo anterior, este proyecto de investigación consiste en proporcionar una metodologı́a de análisis y diseño adecuada que tenga en cuenta la rigidez de los nudos, la cual afecta las condiciones de servicio, y consecuente con esto, la resistencia de la cercha. Además, el procedimiento de análisis llevado a cabo en este trabajo, puede ser aplicado a diferentes 2.
(17) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. utilizaciones de las armaduras, como puentes o en estructuras de cubierta.. 1.1.. Antecedentes. 1.1.1.. Distribución de la Guadua Angustifolia Kunt en Colombia. Figura 1.1: Localización de la Guadua Angustifolia Kunt en Colombia La guadua, bambú leñoso perteneciente a la familia de las gramı́neas, de la cual existen en el mundo cerca de 1.000 especies, 500 de ellas en América. De estas aproximadamente 20 especies, se cultivan en Colombia con una distribución a lo largo de la Cordillera Central y la zona céntrica del paı́s, en los departamentos de: Antioquia, Cauca, Caldas, Cundinamarca, Huila, Quindı́o, Risaralda, Tolima y Valle del Cauca. Con Sembrados de guadua repartidos entre 50.000 y 60.000 Ha. Correspondiendo, el 95 % a guaduales naturales y el 5 % a cultivos [1]; Pero sólo el 40 % del total son aprovechados, es decir, aproximadamente 24.000 Ha, lo que lo hace un recurso abundante y ampliamente disperso, conformado por rodales (guaduales) casi puros que cumplen un efecto protector sobre el suelo, las aguas y los lechos de los rı́os, contribuyendo a su recuperación y conservación. En Colombia, se estima una producción anual de 30 millones de metros lineales de guadua, en su mayorı́a utilizados en construcción como material auxiliar [2]. En la zona cafetera, la Guadua angustifolia Kunt es una de las especies forestales más utilizadas, su manejo remonta desde épocas prehispánicas, pero fueron los colonizadores antioqueños quienes emplearon en forma masiva la Guadua en el proceso de construcción de viviendas, edificaciones, estructuras como puentes, cercos, puertas, etc. llamado por muchos la cultura del bahareque, material que utilizaba la Guadua como elemento estructural combinada con 3.
(18) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. barro (o excretas de ganado), lo que lleva a sostener, que es imposible concebir la fundación de estos pequeños pueblos paisas, sin la utilización de este pasto gigante.. 1.1.2.. Anatomı́a de la Guadua Angustifolia Kunt. 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. El Rizoma de la Guadua angustifolia Kunt pertenece al grupo Paquimorfo (denominado vulgarmente caimán, alacrán o escorpión según la región). Es un tallo subterráneo, con funciones altamente especializadas en el almacenamiento de nutrientes que constituye el soporte principal de la planta. Su tallo aéreo se caracteriza por tener forma cilı́ndrica y entrenudos huecos, separados transversalmente por tabiques o nudos que le dan rasgos únicos de rigidez, flexibilidad y resistencia. Durante los primeros 6 meses, la guadua angustifolia puede alcanzar una altura de 30 metros. También se caracteriza por ser acuminado, es decir, que presenta una reducción continua y uniforme a lo largo de su longitud total. Igualmente, el espesor de las paredes del tallo varı́a de 1 a 2,5 cm. Es decir, que con el aumento de su altura adelgazan en diámetro y el grosor de su pared. A partir del séptimo mes crecen las ramas tamizadas, que se encuentran en forma de espina en su parte inferior y en su parte superior mostrando las hojas. En su comienzo, el tallo se envuelve en una cáscara peluda para su protección, que se cae después de los dos años. De igual forma, el culmo consta de un tejido formado por células parenquimatosas (50 %), haces vasculares (10 %), y fibras (40 %). Las células parenquimatosas constituyen la base del tejido y son en su mayorı́a verticalmente elongadas. Los bambúes como la guadua Angustifolia Kunt, carecen de tejido de cambium y por eso no presentan crecimiento secundario o incremento en diámetro, solamente tienen crecimiento primario o apical. Las paredes celulares son estructuras de gran complejidad, formadas en su mayor parte de celulosa y en combinación con otras moléculas (lignina). Siendo la celulosa la que sirve de material de andamiaje y la lignina como aglutinantes y rellenos. Proporcionándole a la Guadua Angustifolia Kunt las propiedades de: resistencia a la tracción y la de restringir el pandeo por la presencia de Celulosa y la resistencia a la compresión del tejido, por el contenido de lignina. La guadua es un material poroso de origen vegetal y constituido por fibras, orientadas 4.
(19) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. Figura 1.2: Composición del Tejido de la Guadua. Fuente: Ing. Luisa Rubio. Archivo Personal. axialmente en los entrenudos, en los nudos proveen la interconexión transversal y a lo largo del culmo tienen una disposición longitudinal. Delimitándose en el extremo superior del tallo, como también en sus bordes externos, dándole a la guadua una caracterı́stica excepcional como es su alta resistencia longitudinal en las paredes de los entrenudos, la cual se debe que las fibras están dispuestas en dirección paralelas. En los nudos las fibras se cruzan en todas las direcciones. Figura 1.3: Disposición De Las Fibras en el Culmo. Fuente: Ing. Luisa Rubio. Archivo Personal Otro elemento dentro de la morfologı́a de la guadua la forman las hojas. Ya sean las caulinares y las de Follaje. Las primeras son 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. Son de forma triangular, fuertes, con filamentos en su parte exterior y brillante en su interior. De igual forma, las hojas caulinares o polainas se desprenden del culmo, cuando salen las ramas que brotan de las yemas. Y las hojas de follaje se ubican en las ramas, son puntiagudas, alternas y simples. Por el revés presenta flequillos blanquecinos esparcidos. La guadua florece esporádicamente, están dispuestas en grupos, en los extremos de las ramas, son escasas y nada vistosas. Estas generan espigas que luego se convierten en semillas. Por último se encuentran las yemas. Las cuales están presentes en el tallo o culmo, en las ramas y en los rizomas o en las raı́ces que favorecen la reproducción y propagación 5.
(20) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. Figura 1.4: Las Hojas de la Guadua Rolliza.Fuente: Ing. Luisa Rubio. Archivo Personal. vegetativa.. 1.2.. Ventajas y Desventajas de la Guadua Rolliza Angustifolia Kunt. La Guadua angustifolia, tiene una serie de ventajas comparativas, que la hacen superior respecto a otros recursos:. Crecimiento Rápido. La guadua angustifolia Kunt se caracteriza por el tamaño de sus culmos, pues estos pueden alcanzar una altura hasta de 30 metros en 6 meses, creciendo alrededor de 30 cm por dı́a, haciendo que entre los 3 y 5 años este listo para ser utilizado y sı́ se maneja adecuadamente, una vez establecido, el bambú puede ser ampliamente productivo. Calidad de Fibra. La guadua angustifolia posee las mejores propiedades fı́sico-mecánicas del mundo: por su capacidad para absorber energı́a y admitir una mayor flexión, convirtiéndola en un material ideal para construcciones. Asimismo, posee fibras naturales muy fuertes que la colocan entre las 20 mejores especies de bambúes del mundo, lo que permite su empleo en la fabricación de tipo de elementos estructurales. Su sección circular, generalmente hueca, la hace más liviana, fácil de transportar y almacenar y extraordinaria durabilidad, permitiendo la construcción rápida de estructuras temporales o permanentes. En cada nudo existe un tabique o septo transversal que, a la vez que le da mayor rigidez y elasticidad, evita su ruptura al curvarse. Por eso es apropiada para la construcción de estructuras triangulares como las cerchas. Permite la fabricación en serie, al pie de la obra, de armaduras. Puesto que, no re6.
(21) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. Figura 1.5: Partes del Culmo:Guadua Angustifolia Kunt. Fuente: Ing. Luisa Rubio. Archivo Personal. 7.
(22) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. quiere de instalaciones industriales costosas, ni complicadas. Puesto que, con el uso de tecnologı́as sencillas, herramientas corrientes y mano de obra no especializada, simplemente bien entrenada y bajo la dirección de un profesional se logran los objetivos propuestos.. Al mismo tiempo, se advierten en su anatomı́a unas caracterı́sticas que la influyen negativamente, haciendo que sus propiedades estructurales disminuyan:. No tiene diámetro constante en toda la longitud del tallo ni espesor constante en las paredes de los entrenudos, por lo que debe hacerse una cuidadosa selección de los culmos. La prolongada humedad la descompone, si no se protege. Debe mantenerse en lo seco. Es importante que su curado y secado se realicen inmediatamente después del seccionamiento, con el fin de salvaguardarla del ataque de los insectos como el Dinoderus minutus, a pesar de que la Guadua angustifolia es una de las especies más resistentes, deben tomarse precauciones en su selección, tiempo de Corte y de seccionamiento; para asegurar una mayor duración. Ante fuertes compresiones puntales los entrenudos se aplastan, por lo que las compresiones no deben ejercerse en el entrenudo sin antes haberlo rellenado con una mezcla fluida de baja resistencia de cemento, cal, arena y agua.. 1.3.. Aspectos Técnicos del ciclo de Preparación de la Guadua Rolliza Angustifolia Kunt. Para garantizar la seguridad de cualquier material de construcción deben desarrollarse procesos productivos estandarizados, que permitan controlar las variables que puedan llegar a afectar la integridad del material, que con lleven a una minimización de las propiedades fı́sicas y mecánicas del mismo, como sucede con los materiales de origen natural, como la guadua rolliza. Con la finalidad de mantener estándares de calidad favorables, durante el proceso de producción de la guadua desde su cultivo en las fincas del eje cafetero hasta el laboratorio de investigación de la Universidad de los Andes, se debe tener un exhaustivo seguimiento y control de cada una de las etapas que siguen: la Silvicultura, la Cosecha y la Preservación y el secado. 8.
(23) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. Figura 1.6: Ciclo de Preparación de la Guadua Rolliza Angustifolia Kunt. Fuente: Ing. Luisa Rubio. Archivo Personal. 9.
(24) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN Los cultivos de guadua o la silvicultura, deben ser tecnificados y originarse a partir del manejo sostenible de los bosques. Este manejo se traduce en las siguientes actividades:. Socola: Control del sotobosque. Consiste en un control de malezas, especies no menores a 30 cm de altura son eliminadas. Esto ayuda a disminuir las plagas y optimiza las condiciones del suelo, dejando más nutrientes para el guadual. Desganche: Eliminación de riendas (ramas) hasta 2m en el culmo de la guadua. Por Encima de 2m se conservan para dar rigidez y estabilidad al tallo. Tatuado: Marcado de guaduas nuevas con un código que permite conocer su edad (Semestre/Año). Esto es importante porque permite conocer la edad de la guadua con exactitud, lo cual ayuda para planear la cosecha para el tiempo de maduración de la guadua. Cosecha Sanitaria: Eliminación de guaduas no aptas: Enfermas, agobiadas, secas, sobremaduras. Mantenimiento de corrientes de agua: Consiste en una limpieza de objetos de mayor Tamaño que generen el riesgo de trancar la corriente.. Para el proceso de Cosecha, se tienen diferentes pasos:. Corte Troceo: • Dejarrete: Es el primer corte que se genera y se hace en la cepa del culmo. • Tumbado: Caı́da del culmo hasta una posición que permita el corte de este en diferentes segmentos. • Corte: Es el corte de las secciones del culmo, máximo se deben cortar tramos de 4 m. Transporte, está determinado por: • Transporte Menor: desde el cultivo hasta el camino cercano. Apilado y separación. • Arrierı́a: hasta la vı́a más cercana. • Transporte Mayor: sobre la vı́a hasta el acopio.. Continuando con el sistema de Preservación y secado de la Guadua rolliza. Se tiene que para este sistema de preservación por inmersión, se hace necesaria la construcción de 10.
(25) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN un tanque de inmersión con dimensiones aproximadas de 7.0 m por 1.2 m en planta y 0.7 m de profundidad, con una capacidad de 25 Guaduas por lote de preservación, mas una pendiente de 5 % en el fondo con el objeto de que la Guadua obtenga una buena eliminación del aire celular y del aire en canutos durante este proceso. En el estanque se debe adicionar una Solución Preservante de Sales de bórax, compuesta por: ácido bórico y bórax, con una Concentración: Solución al 5 % de sales de bórax y con un tiempo de Inmersión del material de 4 dı́as en frio. Por último, para el proceso de secado artificial, es importante la fabricación de un cuarto de secado con una capacidad de 90 Guaduas con longitudes aproximadas de 6 m. Dicho proceso de secado comprende la delimitación por lotes, con el fin de conservar la homogeneidad del tratamiento, para lo cual cada muestra se debe cortar en 3 partes, generando un lote de 90 cepas, un lote de 90 basas y un lote de 90 sobrebasas. Este sistema está conformado por una serie de equipos, tales como: controladores de humedad y temperatura. El primero de estos tiene a cargo dos funciones: convertir la señal de humedad y controlar las variables del proceso mediante un set point. El segundo tiene a cargo el control de la temperatura interior de la cámara; se debe realizar un secado previo de acuerdo a las curvas de secado para cada lote de Guadua. También se instalaron: un higrómetro que corresponde a un sensor de humedad relativa TRH-302 marca RIXEN, el cual con el fin de garantizar un buen proceso de secado, se determinó que la humedad de las Guaduas debe permanecer constante entre un 10 % y 12 %, este aparato puede trabajar bajo condiciones naturales e intemperie. Y para la medición de temperatura, se utilizó un termómetro de termocupla tipo J. Es de gran importancia aclarar que las marcas de los aparatos no tienen ninguna relevancia, simplemente se enunciaron para hacer notar el control y el seguimiento anteriormente mencionado, en cada uno de los pasos de la cadena de la guadua. Por último, La fuente de energı́a para el funcionamiento del secador es vapor, debido a las ventajas que tiene respecto a otras fuentes de energı́a como la eléctrica y el gas, debido a que la calidad del secado de la Guadua debe ser óptima , al igual que el acabado superficial debe soportar las aplicaciones a la intemperie, por otro lado mejora las propiedades fı́sico-mecánicas del material.. 1.4.. Investigaciones Previas. Se han realizado diferentes investigaciones con guadua y madera, en cuanto a la resistencia mecánica de estos materiales, pero se ha encontrado que la debilidad en el diseño de las cerchas está en las uniones. Por lo tanto, se nombraran unas de estas investigaciones 11.
(26) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN nacionales e internacionales, donde han estudiado el comportamiento de las uniones en sistemas de cubiertas tanto en madera como en bambú. En primer lugar se tiene al ingeniero holandés Dr. Jules Janssen (1974) de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (Paı́ses Bajos) pionero en realizar estudios académicos de las cerchas en bambú filipino. Además perteneciente a la red internacional del bambú y el ratán (INBAR). En una de las publicaciones de esta entidad dice que cuando se diseña una unión se debe lograr una continuidad estructural entre los elementos que conforman la cercha, para esto es necesario planear la forma en que se va a transmitir la fuerza y predecir las deflexiones para que todo se mantenga dentro de los lı́mites aceptables. Para el año de 1987 un programa de investigación entre Canadá y USA realizo un modelo analı́tico computacional de la rigidez y la resistencia de los sistemas de cubiertas de madera. Para esto, se utilizó modelos de Foschi para predecir el comportamiento de las uniones con platinas de las armaduras bajo cargas. Foschi sugirió un procedimiento para obtener los valores de los parámetros para ángulos intermedios a las fibras y de carga mediante una interpolación tipo Hankinson (1921). Por lo tanto el modelo de hankinson me permite predecir el comportamiento de la unión a diferentes angulaciones. Foschi sugirió un procedimiento para obtener los valores de los parámetros para ángulos intermedios a las fibras y de carga mediante una interpolación tipo Hankinson (1921). Por lo tanto el modelo de hankinson me permite predecir el comportamiento de la unión a diferentes angulaciones. Ası́ mismo, para el año 2003 Raúl Andrés Vargas de la Universidad Austral de Santiago de Chile, en su proyecto de grado denominado ”Diseño y Ensayo de Uniones para Cerchas en Madera”, diseño una cercha en madera aserrada, en la que observo el comportamiento de las uniones de la cercha frente a la solicitación de carga (compresión paralela), y la relación entre las cargas de diseño y las cargas experimentales. De estos ensayos se escogió la mejor combinación que corresponde a la unión con clavos para la fabricación de la cercha, ya que esta presento mejor comportamiento frente al ensayo y mejor resistencia, observando que la armadura fallo por desgarramiento de la viga y rotación de la unión. Por consiguiente, el interés por esta investigación es que sirve de punto de referencia en cuanto a la forma o el comportamiento de la falla, el cual se espera que las cerchas hechas con guadua se aplasten debido a la compresión de sus elementos o por la fluencia del acero. Finalmente para el año 2002, se tiene la tesis de la Universidad Nacional en convenio con la Universidad Tecnológica de Pereira (UTP),[3], donde se observa que las estructuras de Guadua plantean un método de solución eficaz y económica en el uso de pasos a nivel para personas y carga. Se utilizó para la ejecución de este trabajo, proyectar ARMADURAS TIPO WARREN INVERTIDO que harán parte de la superestructura de un puente peaton12.
(27) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN al. En el caso de las armaduras con excentricidad de sus diagonales, se generan momentos torsores en los elementos de Guadua, y a la vez momentos flectores en los pasadores, lo anterior es provocado por la asimetrı́a del modelo. Y para las deflexiones de las armaduras sin excentricidad son menores que las deflexiones en las armaduras con excentricidad debido a la rigidez de la unión, esto se evidencia en la unión con platina. Por tal motivo, en la realización de este trabajo de investigación se tendrán en cuenta las uniones dentro del plano: usando uniones en boca de pescado y pico de flauta. Y fuera del plano, mediante la combinación de elementos dobles y simples simultáneamente con ausencia de platinas en los nudos, realizando uniones por medio de pernos que unen directamente los elementos. Siendo de gran importancia, el tener cuenta que el problema principal son las deflexiones. Las cuales son generadas por el acomodamiento (elementopasador y/o platina) y las deformaciones locales en la unión, los cuales no son tenidos en cuenta en el procedimiento convencional de análisis y diseño. Otra investigación a tener en cuenta fue la realizada por Jorg Stamm en el año 2009, denominada, Siete Conceptos para hacer un Puente en Bambú , en la que se compara la eficiencia en el consumo de bambú como materia prima, su facilidad de trabajarla y sus problemas estructurales. Este estudio sucede a la conferencia .Evolución de Sistemas constructivos en Guadua”presentada en Puebla, México, en marzo 2008, y profundiza el tema en la parte conceptual sobre estructuras en Bambú. Aquı́ se busca la aplicación de estos conceptos al tema de puentes, que son la máxima expresión de la capacidad portante del bambú. Del cual se concluye que, solo mediante la sistematización del proceso constructivo, con preservación previa por inmersión, secado controlado y prefabricación en fábrica. Esto permite controlar gastos y presupuestar la obra a base de los metros lineales a instalar, como cualquier obra en materiales modernos. El tiempo de construcción promedio entre contratación y entrega se redujo de cinco meses a un promedio de dos. La prefabricación metódica convirtió la construcción con guadua en una alternativa técnica y económicamente competitiva con los sistemas parecidos de ingenierı́a metálica. Por último, es conveniente destacar que existen muchos estudios para cerchas en madera y en bambú, al igual que para el análisis del comportamiento de las cerchas construidas en guadua rolliza. Sin embargo, aún no se ha desarrollado una herramienta para el análisis y diseño de las cerchas de Guadua Rolliza, objeto de este trabajo investigativo.. 13.
(28) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. 14.
(29) Capı́tulo 2. Objetivos y Alcance 2.1.. Objetivos. 2.1.1.. Objetivo General. Definir un método para el análisis cualitativo y cuantitativo del comportamiento de las cerchas construidas en guadua rolliza, que permita modelar el efecto de la rigidez de la armadura, por medio del cual, se logre la predicción de las fallas y las deformaciones de cerchas en guadua rolliza.. 2.1.2.. Objetivos Especı́ficos. Determinar experimentalmente las propiedades mecánicas para la caracterización de los materiales que conforman la cercha en guadua rolliza. Determinar experimentalmente la resistencia y la rigidez de las uniones de las cerchas de guadua rolliza. Determinar experimentalmente la capacidad de carga y deflexiones en cerchas de guadua rolliza. Implementar un modelo analı́tico y/o factor de contribución de la unión que permita la predicción de la falla y el calculo de las deflexiones de la cercha de guadua rolliza.. 2.2.. Alcance. A pesar de la información existente en la actualidad, respecto del comportamiento de las cerchas construidas en guadua rolliza, no existe un trabajo investigativo en el que se 15.
(30) CAPÍTULO 2. OBJETIVOS Y ALCANCE realice un análisis de diseño de las cerchas como fundamento en la construcción de obras de ingenierı́a, ya que en la mayorı́a de ellos se profundiza en el diseño de las uniones, mas no en el de las cerchas. Por lo tanto, es a través de esta investigación, que se pretende analizar el comportamiento de las cerchas construidas en guadua rolliza Angustifolia Kunt, por medio de la exploración de herramientas para el análisis y diseño de las cerchas construidas con este material. Para lo cual, se realizaran una serie de ensayos de las propiedades mecánicas (Tensión y compresión), ensayo de las uniones fuera del plano, y ensayos a gran escala de las cerchas, llegando hasta la realización de un modelo analı́tico, con el cual se obtendrá la predicción de las fallas de la estructura y la rigidez de la cercha.. 16.
(31) Capı́tulo 3. Metodologı́a Para la ejecución de este proyecto de investigación se establecieron 4 fases a desarrollar. Como primera medida se evaluaran las propiedades mecánicas para la caracterización de la Guadua Rolliza Angustifolia Kunth (Compresión y Tensión) en sentido paralelo y perpendicular a las fibras. Por medio de estos ensayos se obtendrán la carga máxima, los esfuerzos máximos y el módulo de elasticidad para cada una de las propiedades evaluadas. Por otro lado, se harán ensayos para caracterizar las propiedades de los pernos, donde se evaluara la flexión, el cortante y la tensión de las varillas roscadas. La segunda fase consiste en realizar ensayos de uniones fuera del plano a 0◦ , 45◦ , 60◦ y 90◦ grados respectivamente, las cuales corresponden a las uniones de las cerchas a ensayar. A partir de estos resultados se determinará la capacidad máxima o la resistencia y los desplazamientos relativos, cuando la unión es sometida a cargas axiales de compresión paralelos a las fibras. Con estas curvas de Carga Vs Desplazamiento se obtendrá gráficamente la constante de rigidez, k, experimental de las diferentes uniones. Un tercer paso consiste en ensayar las diferentes configuraciones de cerchas, dentro y fuera del plano. De donde se obtendrá la resistencia máxima de la estructura y los desplazamientos relativos de las uniones que la conforman, ası́ como también la deflexión máxima de la armadura. Una vez obtenidos, los resultados de la caracterización de los materiales y de la cuantificación de ensayos de uniones, se realizará la calibración del modelo de análisis computacional, para ası́ cumplir con los objetivos de este proyecto de investigación, el cual corresponde a proponer factores y condiciones para que los resultados de los modelos analı́ticos sean similares a los resultados experimentales, proyectando a la guadua como material alterno de construcción para puentes y/o estructuras de cubiertas. 17.
(32) CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA. 18.
(33) Capı́tulo 4. Sistema Estructural 4.1.. Consideraciones Generales para el Analisis y Diseño. 4.1.1.. Método de Análisis. La guadua al igual que la madera es un material anisotropico, es decir presenta propiedades mecánicas diferentes en direcciones diferentes. Sin embargo, para fines ingenieriles se puede tratar a la guadua como un material ortotrópico, con propiedades mecánicas definidas por la orientación de las fibras [4]. Por lo tanto, es posible considerar el análisis de estructuras o elementos estructurales de guadua definiéndolo como un comportamiento lineal, puesto que para niveles de carga de servicio que generan esfuerzos por debajo de los admisibles, el comportamiento es en principio lineal [4].. Figura 4.1: Direcciones Ortogonales de la Guadua. 19.
(34) CAPÍTULO 4. SISTEMA ESTRUCTURAL. 4.1.2.. Método de Diseño. El diseño de los elementos de guadua debe hacerse para cargas de servicio o método de esfuerzos admisibles. Para propósitos de cualquier diseño estructural, las estructuras deben seguir dos criterios: en primer lugar, los esfuerzos aplicados sobre cualquier elemento debe ser menor o igual a los esfuerzos admisibles del material. En segundo lugar, es imperante que las deformaciones deban evaluarse para las cargas de servicio. Es necesario considerar los incrementos de deformaciones con el tiempo (deformaciones diferidas) por acciones de cargas aplicadas en forma continua. Por lo tanto, las deformaciones de los miembros o elementos estructurales deben ser menores o iguales a las deformaciones admisibles [4]. Por otro lado, el diseño debe basarse en la resistencia ultima o el diseño limite. Para lo cual, se consideran por separado las incertidumbres de las cargas, el método de análisis y la resistencia del material. Por lo anterior, toda investigación deberá enfocarse, tanto en la determinación de los factores de carga y sus combinaciones, como en los factores de reducción de resistencia. Por ello, el diseño debe fundamentarse en los métodos de esfuerzos admisibles, reduciendo la resistencia en vez de incrementar la carga.. 4.2.. Generalidades para el uso de la cercha. La utilización de la guadua como material de construcción constituye una alternativa de elección, para que las personas tengan la posibilidad de una vivienda digna y segura, centrada especı́ficamente en la fabricación de estructuras en guadua rolliza seca e inmunizada, construidas desde lo artesanal hasta un enfoque estructural. La cercha es uno de los principales elementos estructurales empleados en ingenierı́a. Consistente en una estructura reticulada, cuyo principio fundamental es unir elementos rectos para formar triángulos, esto permite soportar cargas transversales, entre los apoyos. Cabe resaltar que para establecer la geometrı́a de la cercha en guadua rolliza, no se tiene unas especificaciones puntuales, por lo que se tomara como referencia las investigaciones en cuanto a las propiedades mecánicas de los elementos estructurales que conforman la celosı́a, puesto que la rigidez de la cercha dependerá principalmente de las articulaciones (nudos) y de los elementos que la conforman, para que estos no se deformen o pandeen. En la construcción de las cubiertas las cerchas se utilizan para cubrir luces entre los 10 a 50 m. y para conformar entrepisos de luces especiales por medio de cerchas planas horizontales. El diseño del tipo de cercha a utilizar, depende tanto de la luz a cubrir, como de la separación entre los elementos estructurales de la misma, lo cual influirá en las caracterı́sticas 20.
(35) CAPÍTULO 4. SISTEMA ESTRUCTURAL. estructurales de las correas y de las viguetas para cubiertas y entrepisos, respectivamente. De esta manera se pueden tener separaciones entre cerchas de 1 m a 5 m, en el caso de ser mayores a 5 m se debe implementar el uso de correas como elementos de cercha. Por último, es recomendable que los elementos que conforman el armazón sean esbeltos y cortos para que esta resista grandes cargas y a su vez sea liviana, proporcionando de esta manera, una solución práctica y económica a muchas situaciones de ingenierı́a, especialmente en el diseño de puentes y cubiertas.. Figura 4.2: Vivienda de Interés Social (Armenia-Quindı́o).Fuente: Ing. Luisa Rubio. Archivo Personal. Figura 4.3: Puente Peatonal de la sede de la CARDER. Corporación Autónoma Regional de Risaralda Una cercha está formada por los siguientes elementos: 21.
(36) CAPÍTULO 4. SISTEMA ESTRUCTURAL. 1. Cordón superior 2. Cordón inferior. 3. Montantes, si son verticales o pendolones. 4. Diagonales si son inclinadas.. Figura 4.4: Elementos de una Cercha.. 4.3.. Sistemas de Estructuras Tipo Celosı́as: Techos y Cubiertas. La guadua junto con el bahareque es uno de los materiales más utilizados en construcción en los diferentes sistemas de tipo celosı́a, principalmente en cubiertas y estructuras de grandes luces. Las estructuras de cubiertas en el tipo de construcciones descrito están conformadas normalmente por vigas o cerchas de guadua sobre las cuales se apoyan directamente las viguetas o correas. geométricamente las estructuras tipo celosı́a, están conformadas por triángulos contiguos donde los elementos trabajan axialmente, a compresión o a tensión. Por lo general, los elementos de guadua superior e inferior de la celosı́a o cercha son continuos, a los cuales se unen elementos verticales y en diagonal más cortos, formando triángulos. Las uniones de los elementos de guadua deben responder a las solicitudes de las cargas mencionadas. Sin embargo, la mayor parte de las construcciones tradicionales con guadua que utilizan este sistema estructural no configuran adecuadamente sus uniones para asumir 22.
(37) CAPÍTULO 4. SISTEMA ESTRUCTURAL. (a) Finca en Cali. (b) Restaurante en Cali. Figura 4.5: Armados en Guadua Rolliza. (a) Parque de la Vida en Armenia. (b) Servicio Nacional de Aprendizaje SENA sede Amenia. Figura 4.6: Estructuras tipo celosias 23.
(38) CAPÍTULO 4. SISTEMA ESTRUCTURAL. los esfuerzos de tensión. Es importante saber que, para diseñar la cubierta se debe tener en cuenta la naturaleza de los materiales y el peso de los mismos, sea de paja, hojas de palmera, medias cañas de bambú, tejas de barro, láminas galvanizadas onduladas. Dependiendo del material que se use, las dimensiones de los elementos estructurales y la separación entre estos elementos varı́a, para poder soportar los diferentes pesos de dichos materiales. A continuación se hará una descripción de manera detallada, de la forma como están conformados los sistemas de cubiertas y el proceso constructivo de las mismas,tomando como referencias las obras del Arquitecto Simón Vélez:. En primer lugar se arma la cubierta armada en guadua, y sobre esta se instala una malla electrosoldada metálica comúnmente conocida como malla de vena. Sobre la malla de vena se aplica mortero pobre de cemento portland de 1:2 de unos 3 cm. Cuando se cumpla el tiempo de fraguado y curado, sobre la capa de mortero se ubica una tela asfáltica, de 2 mm de espesor, la cual se extiende sobre toda la superficie para conseguir su correcta impermeabilización. Después se procede a la instalación de una retı́cula de alambre dulce de 15 cm x15 cm sobre la superficie de la tela asfáltica ya instalada. La retı́cula servirá como sistema de fijación para el material de cubierta de la estructura, ya sea tejas de barro o cualquier otro material para la cubierta.. 4.4.. Ventajas de las Armaduras Construidas en Guadua Rolliza. Existen diferentes tipos de cerchas, las cuales se diseñan de acuerdo a las necesidades particulares de la estructura. Dentro de las ventajas de las armaduras en guadua se tiene:. 1 Las cerchas en guadua rolliza son fáciles de fabricar, su construcción es de manera acelerada y eficiente. 2 La construcción de las armaduras pueden ser realizadas por mano de obras no tecnificada, pero siempre bajo la supervicion de un profesional idóneo. 3 Dependiendo de la luz a cubrir, la pendiente y el espaciamiento, las cerchas pueden llegar a ser una opción económica en cuanto al ahorro sustantivo de material. 24.
(39) CAPÍTULO 4. SISTEMA ESTRUCTURAL. Figura 4.7: Componentes Sistemas de Techo y Cubierta 4 El sistema de armaduras por lo general se diseña con gran variedad de pendientes de techo y formas de cielo raso, lo que le permite al diseñador diferentes alternativas visuales, tanto en el interior, como en el exterior. Incluso, si la estructura es de techo plano, el sistema favorece la ventilación del espacio y su aislamiento. 5 Los sistemas de cubierta se puede fabricar en diferentes etapas y sobre el piso, y luego ser unidas en obra. 6 No se utiliza maquinaria sofisticada para su fabricación. 7 Una armadura construida en guadua dura muchos años, a pesar de las fisuras que se presentan por las cargas permanentes, no es un factor que determine la vida útil de la estructura, puesto que si la carga es removida esta regresa a su forma original. Lo que significa, que las estructuras en guadua pueden sobrevivir a movimientos telúricos de alta o baja intensidad, ya que sus danos pueden ser reparados temporalmente con bandas o abrazaderas metálicas en la zona de falla o si es posible cambiar el elemento de la misma.. 4.5.. Tipo de Cerchas. El tipo de cubierta, los requerimientos arquitectónicos , la economı́a y la seguridad son los factores que, por lo general, gobiernan la selección del tipo de cercha. 25.
(40) CAPÍTULO 4. SISTEMA ESTRUCTURAL cercha del tipo cordón superior curvo es la más económica. Actuando con gran utilidad, cuando las cargas solicitantes son uniformemente repartidas, ya que en ella estas cargas inducen esfuerzos pequeños en las diferentes barras, sean estas internas o externas. Esto es particularmente importante, debido a que resultan elementos de unión simples y compactos. La cercha del tipo triangular se recomienda cuando las cargas se transmiten a la cercha en puntos especı́ficos (cargas concentradas y/o puntuales). Para las barras a esfuerzos a tension es aconsejable utilizar tensores de acero. En cuanto a cerchas de madera laminada encolada, éstas son recomendables para salvar grandes luces y además permiten obtener mayores tensiones de diseño, pueden curvarse con facilidad y variar su sección transversal a lo largo de su longitud. Las cerchas fabricadas con elementos constituidos por una pieza: estas, soportaran cargas menores o iguales que aquellas fabricadas con elementos conformados por dos o más piezas que proporcionen igual sección transversal, pero estarán propensas a pandearse con mayor facilidad.. 4.6.. Esquemas Estructurales Tı́picos. Para la clasificación de las cerchas fabricadas en guadua, se ha tomado la tipificación existente de las cerchas en madera, puesto que pueden ser útiles en la construcción con este tipo de material. La disposición de la barras de una celosı́a dependerá, principalmente, de la necesidades constructivas y arquitectónicas de la obra. Los momentos de flexion generados por las cargas aplicadas en las cuerdas pueden ser determinados suponiendo que los cordones se comportan como vigas continuas apoyadas en los extremos de las diagonales o montantes [4]. Las cerchas de madera se pueden clasificar de acuerdo a los siguientes criterios [5] : a. Según su forma: con cordón superior triangular, rectangular, curvo o combinaciones de ellos. b. Según distribución de diagonales: Llamadas Jácenas: son estructuras formadas normalmente por triángulos adosados en fila o composición de formas obtenidas de este modo. Tienen forma alargada que en muchos casos es rectangular. En la figura se representan algunas de ellas. Howe, Pratt, Warren, etc. c. Según tipo de madera: aserrada, elaborada o cepillada, laminada encolada o mezclas de estas. 26.
(41) CAPÍTULO 4. SISTEMA ESTRUCTURAL. d. Según tipo de cordones: ya sean de uno, dos o varios elementos. En el caso de los cordones superiores e inferiores con dos elementos, las diagonales se ubicarán entre ellos.. A continuación se puede ver los esquemas tı́picos de las clasificaciones de cerchas y algunos ejemplos de celosı́as en guadua rolliza existentes en nuestro paı́s.. Figura 4.8: Tipos de Armaduras.. Figura 4.9: Centro Deportivo en el Instituto de Servicio Nacional de Aprendizaje, Sena(Quindı́o-Armenia). 27.
(42) CAPÍTULO 4. SISTEMA ESTRUCTURAL. Figura 4.10: Universidad Antonio Nariño(Quindı́o-Armenia). Figura 4.11: Armaduras de Cubierta. 28.
(43) CAPÍTULO 4. SISTEMA ESTRUCTURAL. Figura 4.12: Centro Deportivo en el Instituto de Servicio Nacional de Aprendizaje, Sena(Quindı́o-Armenia). Figura 4.13: Universidad Antonio Nariño(Quindı́o-Armenia. 29.
(44) CAPÍTULO 4. SISTEMA ESTRUCTURAL. Figura 4.14: Armaduras de Cubierta. Figura 4.15: Puente Peatonal de la sede de la CARDER Corporación Autónoma Regional de Risaralda. 30.
(45) Capı́tulo 5. Evaluación De Las Propiedades Mecánicas Para La Caracterización De Los Materiales 5.1.. Consideraciones Generales. El propósito de esta etapa de la investigación es determinar las propiedades fı́sicas y mecánicas de la Guadua Rolliza en estado seco e inmunizado, con base en las normas ISO: ISO/DIS-22157 e ISO/TC 165 N315, que determinan la realización de los ensayos de laboratorio para la caracterización fı́sico mecánica del bambú en estado rollizo. A partir de estas normas ISO, en Colombia se desarrolló la norma ICONTEC NTC 5525 para realizar la caracterización fı́sicas y mecánicas de la Guadua Angustifolia Kunt. Los ensayos realizados en esta investigación están sujetos a los requisitos presentados en la norma técnica colombiana NTC 5525, que tiene por objeto la evaluación de los ensayos para las propiedades mecánicas de la Guadua Angustifolia Kunth. Para evitar cambios significativos en las resistencias de la guadua, todos los ensayos se deben realizar bajo un rango de temperatura de 27°±2°C y de humedad relativa de 70 % ±5 %. En el caso que no se pueda cumplir con las condiciones especificadas anteriormente, las probetas se pueden ensayar a la humedad relativa del aire y la temperatura ambiente del laboratorio y se deben registrar los valores exactos de la humedad relativa del aire y de la temperatura ambiente para finalmente ser reportadas en el informe del ensayo. Se debe garantizar la aplicación continua de la carga, sin interrupción, a la velocidad requerida durante el ensayo. Cuando se modela un material de origen vegetal, es importante conocer su anatomı́a, 31.
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