Optimización de la geometría de las lámelas y uniones dentadas para elementos estructurales de guadua laminada

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(1)Optimización de la Geometrı́a de las lámelas y Uniones Dentadas para Elementos Estructurales de Guadua Laminada. Por: Maria Alejandra Beetar Carrero. Tesis de Grado para optar por el tı́tulo de Magister en Ingenierı́a Civil. Asesores: Juan Francisco Correal Ph.D. Juan Pablo Casas Rodriguez. Ph.D.. Universidad de los Andes Facultad de Ingenierı́a Departamento de Ingenierı́a Civil y Ambiental Bogotá, D.C. Enero de 2011.

(2) A Jorge,Ximena y Jorge Andres, mi familia.

(3) Tabla de Contenido 1. Introducción. 1. 1.1. Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 1. 1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2. 1.3. Generalidades de la Guadua Angustifolia Kunth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3. 1.3.1. Anatomia de la Guadua a.k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 3. 1.4. Generalidades de los Laminados de Guadua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4. 1.5. Adhesivos para la Fabricación de Laminados de Guadua para uso Estructural . . . .. 7. 1.5.1. Generalidades de los Adhesivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7. 1.5.2. Curado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8. 1.5.3. Adhesión y Cohesión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8. 1.5.4. Tipos de Esfuerzos en Uniones Adhesivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9. 1.5.5. Diseño de Uniones Adhesivas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10. 1.5.6. Tipos de Adhesivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 11. 1.5.7. Adhesivos para la Fabricación de Laminados de Guadua . . . . . . . . . . . .. 12. 1.5.8. Uniones Adhesivas para Elementos Estructurales . . . . . . . . . . . . . . . .. 15. 2. Comportamiento de Elementos de Guadua Laminada a la Delaminación. 19. 2.1. Adhesivos para uso Estructural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20. 2.1.1. Métodos Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 20. 2.1.2. Resultados Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 25. 2.1.3. Análisis de Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 30. 3. Determinación de las Propiedades Mecánicas del Adhesivo. 35. 3.1. Modulo de Elasticidad Simple del Adhesivo Melamina-Urea-Formaldehı́do . . . . . .. 35. 3.1.1. Métodos Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 36. 3.1.2. Resultados Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38. 3.1.3. Análisis de Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38. 3.2. Determinación del modo de falla I para sistemas de adhesivo y guadua . . . . . . . .. 39. 3.2.1. Métodos Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39. 3.2.2. Resultados Experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 42. iii.

(4) 3.2.3. Análisis de Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4. Determinación Esfuerzo Analı́tico Finger-Joints 4.1. Antecedentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1. Influencia de Uniones Sometidas a Esfuerzos de Tensión (Eindhoven,2006)[1]. 44 49 49 49. 4.1.2. Tensión en Laminados (Con y sin Finger-Joint) (Universidad de los Andes 2009)[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51. 4.2. Análisis de Capacidad de Carga de Uniones Dentadas . . . . . . . . . . . . . . . . .. 52. 5. Modelo de Elementos Finitos para Unión Dentada en Guadua Laminada. 57. 5.1. Modelo del Material para la Guadua Laminada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59. 5.2. Modelo del Material para el adhesivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 60. 5.3. Modelo Optimización Geometrı́a Unión Dentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 60. 5.3.1. Influencia del tamaño de malla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61. 5.3.2. Primer caso de análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61. 5.3.2.1. Combinaciones comerciales de geometrı́as encontradas en la bibliografı́a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 66. 5.3.3. Segundo caso de análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 71. 5.4. Modelo del Ensayo de la Unión Dentada a Tensión . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 77. 5.5. Indice Capacidad-Desperdicio-Eficiencia de la Unión Dentada . . . . . . . . . . . . .. 79. 6. Conclusiones. 83. 7. Anexos. 85. 7.1. Comportamiento de Elementos de Guadua Laminada a la Delaminación . . . . . . .. 85. 7.2. Determinación de las Propiedades Mecánicas del Adhesivo . . . . . . . . . . . . . . .. 85. 7.3. Determinación Esfuerzo Analı́tico Finger-Joints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 85. 7.4. Modelo de Elementos Finitos para Unión Dentada en Guadua Laminada . . . . . . .. 95.

(5) Índice de figuras 1.1. Partes de la Guadua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 5. 1.2. Proceso de Fabricación de Tableros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6. 1.3. Proceso de Fabricación de Lamelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 6. 1.4. Proceso de Fabricación de Elementos Estructurales . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 7. 1.5. Molécula de adhesivo entre dos sustratos, [?] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 8. 1.6. Tipos falla unión dentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 9. 1.7. Tipos de Esfuerzo Unión Adhesiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10. 1.8. Distribución de tensiones en la unión adhesiva sometida a tracción . . . . . . . . . .. 10. 1.9. Distribución del esfuerzo a compresión en la unión adhesiva sometida a compresión .. 11. 1.10. Distribución de Tensiones en la Unión Adhesiva sometida a Cizalladura . . . . . . .. 11. 1.11. Distribución de tensiones en la unión adhesiva sometida a peladura . . . . . . . . . .. 11. 1.12. Distribución de tensiones en la unión adhesiva sometida a desgarro . . . . . . . . . .. 12. 1.13. Unión a Tope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 16. 1.14. Unión Biselada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 16. 1.15. Unión Dentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 16. 2.1. Falla a flexión de una unión dentada de una viga de guadua laminada . . . . . . . .. 19. 2.2. Detalle de lámina de elemento para el ensayo de delaminación . . . . . . . . . . . . .. 20. 2.3. Detalle de elemento para el ensayo de delaminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 21. 2.4. Detalle de probetas para el ensayo de delaminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 21. 2.5. Bomba de vació . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22. 2.6. Detalle de probeta de sección B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 22. 2.7. Montaje de probeta para corte en la lı́nea de encolado . . . . . . . . . . . . . . . . .. 23. 2.8. Detalle de probeta para corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24. 2.9. Detalle probeta corte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24. 2.10. Resultados ensayo delaminación durante exposición acelerada . . . . . . . . . . . . .. 26. 2.11. Comparación de esfuerzos cortantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28. 2.12. Comparación porcentaje total desencolado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 30. 2.13. Comparación resistencia a cortante condición seca . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 31. 2.14. Comparación resistencia a cortante condición húmeda . . . . . . . . . . . . . . . . .. 32. v.

(6) 3.1. Geometrı́a probeta ensayo flexión en 3 puntos (mm) . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 36. 3.2. Esquema ensayo flexión en 3 puntos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 36. 3.3. Molde metálico usado en ensayo de flexión en tres puntos . . . . . . . . . . . . . . .. 37. 3.4. Curva esfuerzo-deflexión del ensayo de flexión en tres puntos. . . . . . . . . . . . . .. 38. 3.5. Falla probetas ensayo de flexión en tres puntos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 39. 3.6. Lámina guadua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40. 3.7. Esquema sistema modo I de falla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40. 3.8. Aplicación del adhesivo sobre la cara interna de la probeta (a.)); Introducción de las probetas en la prensa de moldeo (b.)). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40. 3.9. Montaje ensayo peeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 41. 3.10. Dimensiones probeta a ensayar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 42. 3.11. Tipos de falla ensayo modo I de falla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 43. 3.12. Curva fuerza vs desplazamiento continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 45. 3.13. Curva fuerza vs desplazamiento discontinua o por pasos . . . . . . . . . . . . . . . .. 46. 3.14. Variación tipos de falla con respecto a la humedad a temperatura constante . . . . .. 46. 3.15. Variación tipos de falla con respecto al tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 47. 4.1. Geometrı́a unión de empalme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50. 4.2. Geometrı́a unión dentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50. 4.3. Geometrı́a unión dentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51. 4.4. Resultados ensayos de tensión lamelas con unión dentada . . . . . . . . . . . . . . .. 52. 5.1. Variables a optimizar de la unión dentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 58. 5.2. Distribución de cargas y restricciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 58. 5.3. Definición de las direcciones en un espécimen de guadua laminada. 1. Longitudinal (Dirección paralela a la fibra), 2. Tangencial, 3. Radial . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59. 5.4. Modelo computacional que simula un ensayo a tensión . . . . . . . . . . . . . . . . .. 60. 5.5. Convergencia de Malla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 62. 5.6. Análisis de cortante para ángulos comerciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 63. 5.7. Análisis de cortante para longitudes comerciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 64. 5.8. Análisis de cortante para separaciones comerciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 64. 5.9. Análisis de cortante para geometrı́a optima comercial . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 65. 5.10. Análisis de cortante para longitud 12 mm, separación 5 mm variando el ángulo . . .. 66. 5.11. Análisis de cortante para longitud 12 mm, separación 7 mm variando el ángulo . . .. 67. 5.12. Análisis de cortante para longitud 12 mm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 67. 5.13. Análisis de cortante para longitud 20 mm, separación 3.8 mm variando el ángulo . .. 68. 5.14. Análisis de cortante para longitud 20 mm, separación 5 mm variando el ángulo . . .. 69. 5.15. Análisis de cortante para longitud 20 mm, separación 7 mm variando el ángulo . . .. 69. 5.16. Análisis de cortante para longitud 20 mm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 70.

(7) 5.17. Análisis de cortante para longitud 28 mm, separación 3.8 mm variando el ángulo . .. 70. 5.18. Análisis de cortante para longitud 28 mm, separación 5 mm variando el ángulo . . .. 71. 5.19. Análisis de cortante para longitud 28 mm, separación 7 mm variando el ángulo . . .. 72. 5.20. Análisis de cortante para longitud 28 mm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 72. 5.21. Análisis de cortante para geometrı́a optima comercial . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 73. 5.22. Análisis de cortante para ángulos no comerciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 74. 5.23. Análisis de cortante para longitudes no comerciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 75. 5.24. Análisis de cortante para geometrı́a optima no comercial . . . . . . . . . . . . . . . .. 76. 5.25. Análisis de cortante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76. 5.26. Modelo computacional que simula un ensayo a tensión . . . . . . . . . . . . . . . . .. 79. 5.27. Índice capacidad-desperdicio-eficiencia para diferentes longitudes de unión dentada .. 80. 5.28. Configuración viga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 81.

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(9) Índice de tablas 1.1. Clasificacion Taxonomica [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 4. 2.1. Probetas para ensayo de resistencia a la delaminación durante exposición acelerada .. 21. 2.2. Probetas para ensayo de corte perpendicular a la lı́nea de encolado . . . . . . . . . .. 22. 2.3. Resultados de Resistencia a la Delaminación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 26. 2.4. Resultados Corte Perpendicular a la linea de Pegante de Probetas sin cambios de humedad y temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28. 2.5. Resultados Corte Perpendicular a la line de Pegante Probetas con cambios de humedad y temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 29. 2.6. Intervalos de confianza del 95 % para el esfuerzo cortante para las probetas tipo Corte seco y Corte húmedo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 32. 3.1. Probetas para ensayo de flexión en tres puntos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 37. 3.2. Resultados ensayo de flexión en tres puntos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38. 3.3. Programación ensayo modo I de falla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 41. 3.4. Resultados energı́a de fractura modo I de falla por tipo de falla y condición de humedad 45 4.1. Muestras y Número de Probetas a Ensayar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 50. 4.2. Geometrı́a Universidad de los Andes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 54. 4.3. Geometrı́a Universidad de Endhoven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 54. 4.4. Geometrı́a ProHolz-Austria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 55. 4.5. Geometrı́a Estudio evaluación de la resistencia a la tracción . . . . . . . . . . . . . .. 55. 4.6. Geometrı́a ASTM D4688-99 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 56. 5.1. Propiedades mecánicas de la guadua laminada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 60. 5.2. Valores base para la optimización geométrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61. 5.3. Niveles de refinamiento para el enmallado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 61. 5.4. Diferencia entre el máximo y mı́nimo esfuerzo cortante para diferentes ángulos comerciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 62. 5.5. Diferencia entre el máximo y mı́nimo esfuerzo cortante para longitudes comerciales .. 63. ix.

(10) 5.6. Diferencia entre el máximo y mı́nimo esfuerzo cortante para separación entre dientes comerciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 65. 5.7. Diferencia entre el máximo y mı́nimo esfuerzo cortante para ángulos no comerciales .. 73. 5.8. Diferencia entre el máximo y mı́nimo esfuerzo cortante para longitudes no comerciales 74 5.9. Comparación de valores de esfuerzo cortante experimentales y del modelo . . . . . .. 77. 5.10. Capacidad a tensión para diferentes longitudes de unión dentada . . . . . . . . . . .. 79. 5.11. Resultados ı́ndice capacidad-desperdicio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 80. 5.12. Comparación resultados experimentales y numéricos . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 81. 5.13. Capacidad Resistente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 82. 7.1. Estudio Cihat Tascioglu, Barry Goodell y Roberto Lopez-Anido (2002)[4] . . . . . .. 86. 7.2. Tuncer Dilik, Türker Dündar, Ahmet Kurtoglu y Salim Hiziroglu (2006)[5] . . . . . .. 87. 7.3. Estudio Gary M.Raftery, Annette M.Harte y Peter D.Rodd (2008)[6] . . . . . . . . .. 88. 7.4. Héctor Alvaro Gonzalez, Steffen Hellwig y Jorge Augusto Montoya (2008)[7] . . . . .. 89. 7.5. Estudio Héctor A.Gónzalez, Stefen Hellwig y Jorge Augusto Montoya (2009)[8] . . .. 90. 7.6. Estudio Pizzi,A (2002)[9] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 91. 7.10. ProHolz Austria Euro 6, Madera laminada encolada (2009)[10] . . . . . . . . . . . .. 91. 7.7. Simon Aicher, Lilian Höfflin y Wolfgang Behrens (2001)[11] . . . . . . . . . . . . . .. 92. 7.8. Andres Batista, Marcelo Rodrigo, Carlito Carlil Jr, Mariano Martinez (2002)[12] . .. 93. 7.9. Roger Moya Roque, Guillermo Gonzalez Trejos (2006)[13] . . . . . . . . . . . . . . .. 94. 7.11. Serrano, Numerical Investigations of the Laminating Effect in Laminated Beams (1998)[14] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 95. 7.12. Serrano, Capı́tulos 3 y 4 de Finger Joints for Laminated Beams-Experimental and numerical studies of mechanical behavior (1998)[15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 95. 7.13. Serrano, Influence of Bondline Brittleness and Defects on the Strength of Finger Joints(1999)[15] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 96. 7.14. Serrano, Modeling of Finger Joint Failure in Glued-laminated Timber Beams (2000)[15] 96.

(11) Capı́tulo 1. Introducción 1.1.. Justificación. Dadas las actuales necesidades de vivienda en Colombia, ası́ como en otros paı́ses de la región, es importante promover el desarrollo de técnicas y materiales de construcción que permitan atender las necesidades del páis a un bajo costo, y con altos estándares de calidad y desempeño. De esta manera es posible contribuir al desarrollo del paı́s, dentro de un esquema de sostenibilidad claro, en el cual las actuales condiciones de pobreza de la población puedan ser reducidas en el mediano plazo con la implementación y difusión de sistemas estructurales baratos y eficientes. La guadua laminada, como material constituyente de elementos estructurales, presenta un alto potencial de uso y difusión en el paı́s, dado que permite conformar estructuras aporticadas con elementos (vigas, columnas y páneles) fabricados en su totalidad a partir de la laminación de cortes individuales de guadua rolliza. Actualmente en Colombia, la guadua rolliza (elementos estructurales de guadua natural, sometidos a un proceso de preparación e inmunización) se ha utilizado tı́picamente para construir estructuras con fines principalmente culturales, de luces medianas, con alta irregularidad geométrica. Adicionalmente es ampliamente usada como elemento de conformación de muros de bahareque para viviendas de uno y dos pisos. Como alternativa, la guadua laminada provee caracterı́sticas similares de resistencia y durabilidad, con la ventaja de permitir la fabricación de elementos estructurales con secciones y longitudes funcionales. En 2008, López y Correal [16] determinaron las propiedades mecánicas de la guadua laminada, concluyendo que presenta propiedades mecánicas similares a las de la madera estructural más resistente. Las estructuras de guadua laminada son aporticadas, con columnas, vigas y viguetas de sección maciza, y resistentes a cargas de servicio (muertas y vivas). El comportamiento ante cargas trans1.

(12) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. versales extremas (sismo o viento), viene dado principalmente por sistemas de arriostramiento con páneles. Con el fin de cumplir con las especificaciones del diseño estructural, y garantizar el buen desempeño de los elementos, es necesario el uso de uniones adhesivas. Este tipo de conexiones deben garantizar la continuidad del elemento estructural y su comportamiento como elemento individual. En 2010, González [17] concluyó que las vigas sometidas a un ensayo de flexión pueden presentar múltiples modos de falla dado que al emplear uniones adhesivas, se induce una superficie de falla en el elemento estructural. En términos generales, se vé una reducción en la capacidad a flexión del elemento y se produce la delaminación de las lamelas (tablones individuales de guadua laminada empleados para la fabricación de elementos con geometrı́as particulares) que lo conforman. En vigas de longitudes grandes se presenta una falla por apertura y luego delaminación debido a la tensión generada en la parte inferior de la viga. En vigas de longitudes más pequeñas se presenta una falla por cortante debido a la tensión generada en la parte superior de la viga. En vigas con uniones dentadas la falla se presenta en la unión dentada, en la parte inferior de la viga que se encuentra a tensión. En 2010, Quiroga [2] realizó ensayos a tensión en probetas pequeñas y lamelas con unión dentada. Al comparar los resultados obtenidos se determinó una reducción del 64 % en la resistencia a la tensión de las lamelas con unión dentada respecto a las probetas pequeñas sin unión. Ası́ mismo, en 1998 Serrano y Gustafsson [14], encontraron que esta reducción en la resistencia a la tensión, en este caso de lamelas de madera con unión dentada, podı́a ser causada debido a las discontinuidades geométricas de la unión, las cuales conllevan a concentraciones de esfuerzos cortantes y normales en los extremos de la lı́nea de encolado (lı́nea que demarca la superficie de pegado de la unión). A partir de lo expuesto anteriormente, se plantea la necesidad de optimizar la geometrı́a de la unión dentada, para ası́ homogenizar la distribución de los esfuerzos normales y cortantes en la lı́nea de encolado y aumentar la capacidad a flexión de las vigas.. 1.2.. Objetivos. El objetivo general de esta investigación fue .Optimizar la geometrı́a de las lamelas y uniones dentadas para vigas de guadua laminada, de manera que se reduzcan los problemas asociados a la delaminación”. Para realizar este objetivo se tuvo que entender el proceso de delaminación de elementos estructurales, y su relación con los esfuerzos y deformaciones actuantes, caracterizar el comportamiento mecánico del adhesivo empleado en uniones, determinar los esfuerzos de peeling actuantes en la unión adhesiva entre lamelas y su variación con la temperatura y la humedad,y entender el comportamiento de uniones dentadas y lamelas en términos de los esfuerzos actuantes y optimizar su geometrı́a. 2.

(13) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. 1.3.. MIC 2011-I0-2. Generalidades de la Guadua Angustifolia Kunth. Actualmente en el mundo existen alrededor de 1300 especies de bambú, de las cuales 547 están localizadas en el continente americano y el resto están distribuidas en Oceanı́a, Asia y África [18]. Es importante destacar que solamente 147 de estas especies son utilizadas de forma industrial o artesanal, siendo las de porte alto las más utilizadas en la construcción de estructuras[18]. Las especies de bambú de porte alto son la guadua Angustifolia Kunt (a.k.), la guadua Amplexifolia y la guadua Weber-Baueri. En Colombia existen alrededor de ocho especies de bambú de porte alto siendo la más importante la guadua Angustifolia Kunt. Este tipo de especie se puede localizar en los departamentos de Valle del Cauca, Caldas, Risaralda, Quindı́o, Cauca, Tolima, Cundinamarca, Huila, Santander, Norte de Santander, Antioquia y Nariño. Según datos del Ministerio de Agricultura [18], en el paı́s existen alrededor de unas 36,000 hectáreas de a.k. de las cuales 31,000 corresponden a guadales silvestres y 5,000 a guadales plantados. Este tipo de especie pertenece a la familia de las gramineas-poaseae, genero guadua, y especie guadua Angustifolia Kunt y tiene dos variedades (bicolor o verde rayada amarilla y guadua negra) y tres formas distintas. En la Tabla 1.3 se muestra la clasificación taxonómica de este tipo de especie. La guadua a.k. puede encontrase en tres formas distintas: castilla, macana y cebolla o hembra. La guadua castilla se caracteriza por tener grandes diámetros que varı́an entre 180 y 350 mm y por darse en suelos húmedos cerca a rı́os o quebradas. La guadua macana se caracteriza por ser la de mayor resistencia y por tener diámetros y espesores que varı́an de 70 a 150 mm y de 10 a 12 mm respectivamente. Este tipo de guadua se da en condiciones de pendientes altas y suelos pobres en nutrientes y de baja humedad. La guadua cebolla o hembra es la más utilizada y alcanza diámetros hasta de 100 mm con espesores de 10 mm. Este tipo de guadua es la más común en Colombia y se obtiene de suelos húmedos y ricos en nutrientes, sobre laderas de baja pendiente. Esta especie se debe cultivar en altitudes entre 900 y 1600 msnm, con regı́menes de precipitación entre 2000 a 2500 mm anuales. La humedad relativa del ambiente debe estar entre 15 y 85 %, mientras que la temperatura óptima debe estar entre los 20 y 26◦ C. Estas condiciones se deben mantener ya que variaciones importantes pueden afectar el grosor y la altura final de los tallos.. 1.3.1.. Anatomia de la Guadua a.k. El tallo de este tipo de especie es de forma cilı́ndrica o cónica, puede alcanzar alturas de 25 m y se compone de tres partes distintas: rizoma, culmo y ramas. El rizoma es el sistema radicular de la planta, en el cual se almacenan los nutrientes, además de ser su sistema reproductor. Las raı́ces que se desprenden del rizoma, alcanzan un diámetro de 5 mm y una profundidad de 1.5 m, dependiendo de las caracterı́sticas del suelo. El culmo tiene una forma cilı́ndrica, con longitud y 3.

(14) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN Rango Reino División Subdivisión Clase Subclase Orden Familia Subfamilia Supertribu Tribu Subtribu Género Especie Variedad Forma. MIC 2011-I0-2 Taxonomia Vegetal Espermatofita Angiospermae Lilopsidas/Monocotiledónea Commelinidae Cyperales/Glumiflorales Gramineae o Paceae Bambusoidae Bambusodae Bambuseae Guaduinae Guadua Angustifolia Kunt Bicolor Cebolla,Macana,Rayada, etc. Tabla 1.1: Clasificacion Taxonomica [3]. diámetro variables entre 20 y 25 m, y 12 y 18 cm respectivamente. Adicionalmente dependiendo de su localización el espesor del tallo puede variar de 6 a 2 mm. De las tres partes que componen el tallo, el culmo es el único que tiene valor comercial. Para su comercialización se divide en cinco partes: cepa, basa, sobrebasa, varillo y copo, como se muestra en la Figura 1.1.. 1.4.. Generalidades de los Laminados de Guadua. La tecnologı́a de los laminados de bambú tuvo sus inicios en China, justo después de la segunda guerra mundial, en donde se vio la necesidad de reconstruir las poblaciones empleando los materiales existentes en la zona. Dado que China contaba entonces con cerca de 4 millones de hectáreas de moso bambú, se vió la oportunidad de aprovechar dicho recurso. El desarrollo industrial se basó en la tecnologı́a existente para laminados de madera, implementando las variaciones necesarias que requerı́a el bambú. Actualmente China produce artesanı́as y pisos de bambú laminado. Pese al gran avance industrial en el desarrollo de pisos laminados, el uso de bambú laminado como material estructural no ha visto avances importantes. En Colombia, pese a que la guadua es un material ampliamente utilizado en la construcción de viviendas de bahareque, su uso a nivel industrial es casi nulo. El proceso de fabricación de laminados de guadua comienza en los cultivos de corte, en donde las guaduas recién nacidas son marcadas con un código que permite conocer el año y el semestre de natalicio. El año óptimo de corte estudios de Arbeláez y Correal [19] es de 3 a 4 años. Cumplido 4.

(15) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. Figura 1.1: Partes de la Guadua. este tiempo, las guaduas son cortadas en trozos de 1 a 1.5 m y luego son cortadas radialmente y en sentido longitudinal para formar latas. A estas latas se les quita la piel y los nudos en una maquina pulidora para obtener láminas. Estas láminas son introducidas en un horno de secado a una temperatura entre 60◦ C y 80◦ C y son retiradas cuando alcanzan un contenido de humedad del 5 %. Luego las láminas son cepilladas en sus cantos y en sus caras para obtener una lámina de sección transversal de 7 x 25 cm. A estas láminas se les aplica adhesivo en los cantos para ser prensadas empleando una prensa hidráulica, con una presión de 1.2 MPa y a una temperatura de 100◦ C por 5 min para obtener tableros. El proceso de producción explicado anteriormente se muestra en la Figura 1.2. El adhesivo utilizado en esta investigación fue seleccionado de acuerdo al trabajo realizado por Correal y Ramı́rez [20]. Dicho estudio determinó que el mejor adhesivo, de acuerdo a su relación costo y resistencia a la humedad, es una combinación de los polı́meros Melamina Formaldehı́do y Urea Formaldehı́do en una relación 1-1. Una vez elaborado el tablero, se corta en secciones regulares y homogéneas, se cepilla para remover los restos de piel sobrante, se le aplica adhesivo y luego se prensa con una presión de 2 MPa para obtener lamelas como se muestra en la Figura 1.3. Las lamelas surgen de los tableros que unen los elementos de guadua laminada y tienen las siguientes dimensiones geométricas: 3 cm de espesor x 11 cm de ancho x 120 cm de longitud. La conformación de elementos estructurales se realiza a 5.

(16) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. Figura 1.2: Proceso de Fabricación de Tableros. Figura 1.3: Proceso de Fabricación de Lamelas. 6.

(17) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. partir de las lamelas como se muestra en la Figura 1.4.. Figura 1.4: Proceso de Fabricación de Elementos Estructurales. 1.5.. Adhesivos para la Fabricación de Laminados de Guadua para uso Estructural. Para unir dos piezas, de igual o diferente material, existen varios tipos de uniones: mecánicas y adhesivas. Las uniones mecánicas (atornillado, remachado, clavado y cosido) han sido las más utilizadas hasta finales del siglo XIX, en donde se desarrollaron los polı́meros sintéticos, permitiendo el desarrollo de las uniones adhesivas. A continuación se presenta una descripción de las caracterı́sticas de los adhesivos y su comportamiento mecánico.. 1.5.1.. Generalidades de los Adhesivos. Los adhesivos son materiales que permiten la unión entre dos superficies o sustratos, en los que actúan dos fuerzas esenciales: la adhesión y la cohesión. La adhesión es la unión entre el adhesivo y el sustrato y la cohesión es la unión entre las moléculas de adhesivo, como se muestra en la Figura 1.5.1. La adhesión depende de tres factores diferentes: un factor mecánico, un factor fı́sico y un factor quı́mico. El factor mecánico está relacionado con la rugosidad de la superficie o acabado de la misma; el factor fı́sico está relacionado con la humectación del sustrato; el factor quı́mico está relacionado con la interacción entre las moléculas del sustrato y del adhesivo. Adicionalmente, la cohesión también depende de diferentes factores que están relacionados con el estado en que se encuentra el adhesivo: lı́quido o sólido. En los lı́quidos la cohesión depende de la tensión superficial y de la transformación de lı́quido a sólido en donde se comprimen las moléculas de adhesivo. En los sólidos la cohesión depende de la distribución de los átomos, moléculas, iones y del estado de equilibrio de las partı́culas atómicas. 7.

(18) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. Figura 1.5: Molécula de adhesivo entre dos sustratos, [?]. 1.5.2.. Curado. Una vez se aplica el adhesivo, este no alcanza sus propiedades y resistencia óptima hasta que no se halla curado completamente. El curado consiste en la transformación del adhesivo desde el estado lı́quido viscoso hasta el estado sólido, y puede durar desde algunos segundos hasta varias semanas dependiendo del tipo de adhesivo. El curado consiste en la polimerización, total o parcial del adhesivo, y la evaporación o eliminación del disolvente o emulsionante ya polimerizado, el cual lo mantiene en estado lı́quido.. 1.5.3.. Adhesión y Cohesión. La adhesión es la suma de fuerzas fı́sicas y mecánicas de absorción y atracción. El momento en que se logra una máxima adhesión es cuando el adhesivo está en contacto total con el sustrato. Para lograr esto, el adhesivo debe empapar todo el sustrato y debe penetrar totalmente en la rugosidad superficial. La resistencia de la fuerza adhesiva depende directamente del grado de empapamiento o contacto intermolecular y de la capacidad adhesiva del material. La cohesión es la fuerza existente entre las moléculas del propio adhesivo, este tipo de fuerzas incluyen enlaces interatómicos en las cadenas poliméricas y los enlaces intermoleculares débiles o fuerzas de Van der Waals. Para determinar que tan resistente es una unión adhesiva, se realiza un ensayo de rotura de la unión. Los principales tipos de falla que pueden presentarse son: por adhesión, por cohesión, por rotura del sustrato, falla combinada de adhesión y cohesión, y falla combinada de adhesión, cohesión y rotura del sustrato[21]. La falla por adhesión se presenta cuando ocurre una separación en la interface entre el adhesivo y el sustrato (ver Figura 1.6 (A)). Por otra parte, la falla por cohesión se presenta cuando falla el adhesivo internamente (ver Figura 1.6 (B)). La falla por rotura del sustrato se presenta cuando éste se 8.

(19) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. rompe antes que ocurra una falla por adhesión o por cohesión (ver Figura 1.6 (C)). Adicionalmente, la falla combinada de adhesión y cohesión se presenta cuando la falla se inicia en el adhesivo por cohesión y en cierto punto se convierte en falla por adhesión (ver Figura 1.6 (D)). Finalmente, la falla combinada de adhesión y rotura del sustrato se presenta generalmente cuando hay una mala distribución del adhesivo en la superficie del sustrato (ver Figura 1.6 (E)). En este último caso también puede presentarse una falla combinada de cohesión y rotura del sustrato.. Figura 1.6: Tipos falla unión dentada. Al diseñar una unión adhesiva, se debe garantizar que no se presente una falla de tipo adhesiva, dada su alta impredicibilidad. Debe procurarse que la falla sea de tipo cohesiva, ya que las propiedades del adhesivo son conocidas lo que permite predecir la carga de rotura del mismo. Si ocurre una falla por rotura del sustrato, esto indica que la unión adhesiva esta sobre diseñada y por lo tanto la capacidad del adhesivo resulta ser mucho mayor que la del sustrato.. 1.5.4.. Tipos de Esfuerzos en Uniones Adhesivas. Hay diferentes tipos de esfuerzos que se pueden presentar en una unión adhesiva, tales como compresión, tensión, cortante, peladura y hendidura. El esfuerzo de compresión resulta de presiones que existen dentro de un sólido deformable, y se caracteriza porque tiende a reducir el volumen en una dirección determinada (ver Figura 1.7 (A)). El esfuerzo de tensión resulta de estirar un sólido bajo la acción de una fuerza en la que se observa un alargamiento unitario del elemento (ver Figura 1.7(B)). Por otra parte, el esfuerzo a cortante resulta de las tensiones paralelas a la sección transversal de un elemento (ver Figura 1.7(C)). Por último, los comportamientos de la fuerza de peladura y hendidura que generan estos tipos de esfuerzo se muestran en las Figuras 1.7(D) y 1.7(E) respectivamente. 9.

(20) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. Figura 1.7: Tipos de Esfuerzo Unión Adhesiva. 1.5.5.. Diseño de Uniones Adhesivas. Los adhesivos que se utilizan en la fabricación de uniones estructurales se conocen como adhesivos estructurales, ya que estos se encuentran bajo solicitación de cargas. La resistencia que tiene este tipo de unión depende de tres factores principales: las propiedades mecánicas del sustrato, las propiedades mecánicas del adhesivo y el tipo de solicitación a la cual esta va a ser expuesta la unión. Según la solicitación a la cual se ve expuesta la unión, su comportamiento mecánico cambia. Los tipos de comportamientos que se pueden ver en uniones adhesivas, dependiendo del tipo de solicitación, son: tensión, compresión, cizalladura, peladura y desgarro. Cuando una unión adhesiva se somete a fuerzas de tracción, la distribución de esfuerzos de tensión sobre la lı́nea de encolado es uniforme, lo cual nos indica que el comportamiento de la unión adhesiva ante fuerzas de tracción es adecuado (ver Figura 1.8). Es importante que esta distribución sea lo más uniforme posible ya que esto garantiza un mejor aprovechamiento de las propiedades mecánicas del adhesivo.. Figura 1.8: Distribución de tensiones en la unión adhesiva sometida a tracción Cuando una unión adhesiva se somete a fuerzas de compresión, la distribución de este tipo de esfuerzo sobre la lı́nea de encolado es uniforme, lo cual nos indica que el comportamiento de la unión adhesiva ante fuerzas de compresión es adecuado (ver Figura 1.9). 10.

(21) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. Figura 1.9: Distribución del esfuerzo a compresión en la unión adhesiva sometida a compresión. En la Figura 1.10 se puede ver el comportamiento de los esfuerzos a tensión en la lı́nea de encolado de un elemento sometido a fuerzas de cizalladura. La distribución de los esfuerzos a tensión sobre la lı́nea de encolado presenta concentraciones en los extremos de esta, lo cual nos indica que el comportamiento de la unión adhesiva ante fuerzas de cizalladura no es eficiente.. Figura 1.10: Distribución de Tensiones en la Unión Adhesiva sometida a Cizalladura En la Figura 1.11 se puede ver el comportamiento de los esfuerzos a tensión en la lı́nea de encolado de un elemento sometido a fuerzas de peladura. La distribución de esfuerzos a tensión sobre la lı́nea de encolado no es uniforme y presenta concentraciones en un lado del elemento, lo cual nos indica que las fuerzas de peladura no se comportan de manera eficiente en comparación con las fuerzas de tracción y compresión.. Figura 1.11: Distribución de tensiones en la unión adhesiva sometida a peladura En la Figura 1.12 se puede ver el comportamiento de los esfuerzos a tensión en la lı́nea de encolado de un elemento sometido a fuerzas de desgarro. La distribución del esfuerzo a tensión no es uniforme y su comportamiento es muy parecido al caso de peladura.. 1.5.6.. Tipos de Adhesivo. Los adhesivos pueden clasificarse en primera medida en dos grandes grupos: reactivos y no reactivos. 11.

(22) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. Figura 1.12: Distribución de tensiones en la unión adhesiva sometida a desgarro Reactivos: Su curado es realizado después de ser aplicados, dentro de los más comunes se encuentran los poliuretanos, siliconas, epoxicos, etc. No Reactivos: Estos adhesivos son pre-polimerizados desde su fabricaciòn, dentro de los más comunes se encuentra el PVC, las colas blancas, las cintas adhesivas, etc.. Adicionalmente es común clasificar los ashesivos en función de su material de fabricación.. Termoplásticos: este tipo de materiales se componen de largas cadenas poliméricas, unidas entre si por medio de enláces electrostáticos débiles (enlaces de Van der Waals). Por esta razón presentan ablandamiento y deformación excesiva a altas temperaturas, permitiendo su transformación a estado lı́quido. Adicionalmente su resistencia a la fluencia es relativamente baja. Presentan una buena tenacidad a la fractura. Termoestables: Estos materiales se componen de cadenas poliméricas unidas entre si por enlaces fuertes, principalmente de tipo covalente. Por esta razón son infusibles e insolubles. Este tipo de adhesivos presentan tı́picamente altos módulos de elasticidad y buena resistencia a la fluencia, ası́ como muy buen comportamiento ante altas temperaturas. Elastómeros: Los adhesivos elastómeros son en general polı́meros termoestables. El proceso de vulcanización crea enlaces covalentes entre cadenas poliméricas y átomos de azufre, lo cual le da al material las mismas propiedades generales de los adhesivos termoestables, en adición a una alta capacidad de deformación elástica. Estos adhesivos presentan el mejor comportamiento a flexión, ası́ como alta resiliencia.. 1.5.7.. Adhesivos para la Fabricación de Laminados de Guadua. Los adhesivos que se pueden utilizar para la fabricación de laminados de guadua son los mismos que se utilizan para la fabricación de laminados de madera. Los adhesivos más comunes son la úrea formaldehido, la melamina úrea formaldehido, el resorcinol úrea formaldehido y el fenol úrea 12.

(23) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. formaldehido. La ventaja que tienen este tipo de adhesivos es que son de muy bajo costo y de fácil consecución. No obstante, las últimas polı́ticas ambientales limitan su uso debido a las emisiones de formol propias de estos compuestos. En un futuro se espera que estos adhesivos sean remplazados por poliuretanos sintéticos que son menos dañinos para el medio ambiente. Actualmente los laminados de bambú producidos en Asia son elaborados con urea formaldehido. Sin embargo, la industria de laminados en Colombia emplea principalmente polivinilo de acetato (PVA), el cual es un adhesivo termoplástico, no recomendable para uso en uniones estructurales dado su mal comportamiento ante altas temperaturas y baja resistencia a la fluencia. A continuación se describen algunjos tipos de adhesivos utilizados en la fabricación de laminados de guadua.. Polivinil de acetato PVA: Se emplea principalmente en la unión de puertas y paneleria. Tiene el menor tiempo de secado dentro de los adhesivos aquı́ mencionados, razón por la cual es recomendado su uso en prensas de radiofrecuancia. Adicionalmente, cumple con los requerimientos estipulados en la norma EN 2004,clase D3. Para un uso y aplicación adecuados, la humedad del material de sustrato (maderfa o guadua) debe estar entre 5 y 14 %. humedades mayores en el sustrato incrementan de manera significativa el tiempo de prensado, y puede ocurrir delaminación en la pieza terminada debido al encogimiento de la linea de encolado en el proceso de secado. La dosificación tı́pica empleada para este tipo de adhesivo se encuentra en un rango de 60 a 200g/m2 en una sola cara. Es importante aclarar que la dosificacion del adhesivo se da en función del material de sustrato y se deben considerar variables como la densidad y composición quı́mica. El tiempo de ensamble es el tiempo que existe entre el encolado y el momento en el cual el material va a ser prensado. Se compone de dos partes: un tiempo abierto (OAT, open assenmbly time) y un tiempo cerrado (CAT, closed assembly time). • Tiempo abierto OAT: Este es el tiempo que hay entre la aplicación del adhesivo y el ensamblaje del material que va a ser pegado. Este tiempo debe ser de aproximadamente cuatro minutos a una temperatura de (20oC), humedad relativa del ambiente de 65 %, y con una dosificacion de 150kg/m2 . • Tiempo Abierto: Este es el tiempo que hay entre el ensamblaje del material que va a ser pegado y el prensado. Este tiempo debe ser de aproximadamente siete minutos con unas condiciones semejantes a las del tiempo abrieto. Por consiguiente se puede decir que los tiempos de ensamblaje se ven influenciados por la dosificación, el método de aplicación del adhesivo, la temperatura y humedad relativa del ambiente, el material de sustrato (especie de madera o guadua), etc. En consecuencia, se 13.

(24) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. puede afirmar que los tiempos de ensamblaje son prolongados cuando las dosificaciones son altas, la temperatura es baja, el contenido de humedad es alto y el sustrato es denso. Normalmente este tipo de adhesivo puede ser utilizado cuando la temperatura en la lı́nea de encolado esta entre 10 y 70oC. Temperaturas superiores a los 110oC pueden ser utilizadas con la única condición que el tiempo de prensado sea continuo y corto, ya que este tipo de adhesivo es termoplástico y a altas temperaturas pueden presentarse grietas en la lı́nea de encolado una vez la presión es liberada. Si se van a utilizar prensas de radio frecuencia se recomienda esperar un tiempo después del prensado para lograr una distribución de calor uniforme, antes de liberar la presión. Las presiones utilizadas en el prensado con este tipo de adhesivo varian de 1 a 10kg f /cm2 (0.1 a 1.0 Mpa). Para lograr un terminado pulido después del prensado se recomiendan superficies planas, ya que estas proveen un buen contacto con el adhesivo. Es recomendable tener tiempos de ensamble largos y lı́neas de encolado delgadas para mejorar los resultados en la unión. Urea Formaldehido (UF) Polı́mero 216 FEL: Este tipo de polı́mero es una resina en estado intermedio de polimerización con un bajo contenido de Formol libre, producido por la condensación de la Urea con el Formaldehı́do. El curado de este tipo de adhesivo se logra debido a la acción de un catalizador y/o la acción de calor, logrando un polı́mero rı́gido, cristalino, termoestable de aspecto blanco y opaco. Este tipo de polı́mero se caracteriza por la rapidez en su curado, su alta resistencia quı́mica, mecánica y dureza. En la industria de la madera generalmente se utiliza como pegante para la fabricación de muebles, puertas, triplex o laminados de madera de diversos espesores. Para todas las aplicaciones mencionadas, este polı́mero debe estar acompañado de un catalizador ácido (sal de amonio, ácido clorhı́drico o ácido fosfórico) y presión. Si se necesita acelerar el proceso de curado, se debe aplicar calor al sistema. La dosificacón de la mezcla para lograr una óptima preparación es la siguiente: • Pol 216 FEL: 90 % • Catalizador CFM 40: 5 % • Harina de Trigo: 5 % Melanina Urea Formaldehido (MUF) Polı́mero 103: Este tipo de polı́mero es una resina lı́quida de melamı́na-formaldehido metilada, de grado de condensación bajo en solución acuosa. Los grupos metilados que tiene este polı́mero lo hacen completamente soluble en agua a temperatura ambiente y compatible con otro tipo de resinas como la urea-formaldehido. Por esta razón, permite una combinación rápida con las fibras celulosas utilizadas en la producción de textiles al igual que diferentes productos elaborados en madera. Ofrece buena resistencia a la humedad. A continuación se enumeran algunas aplicaciones de este polı́mero en la infustria de la madera. 14.

(25) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. • Elaboración de tableros aglomerados resistentes a la humedad. • Elaboración de enchapados de tableros melamı́nicos. • Elaboración de vigas laminadas ◦ Al emplear el polı́mero sin ningún tipo de mezcla, puede ser utilizado para vigas que van a ser instaladas en la intemperie. ◦ Al emplear este polı́mero con resinas ureı́cas, se puede utilizar unicamente para interiores. • Elaboración de Pisos: Para este tipo de elaboración se deben utilizar adhesivos que tengan una alta resistencia y que tengan una buena calidad en la lı́nea de encolado, ya que estos deben ser diseñados para soportar un alto tráfico y continua exposición al agua. • Puertas y Ventanas: Igual que en el caso anterior, las puertas y ventanas deben ser elaboradas con adhesivos resistentes al agua. • Sellado de cantos de los tableros resistentes a la humedad: Este tipo de tableros deben tener sus cantos sellados para evitar la penetracion de agua.. Los adhesivos, como se ha mencionado anteriormente, son fundamentales para la fabricación de laminados de guadua y de madera. Están encargados de unir las láminas de guadua con el fin que se trasmitan esfuerzos entre ellas, haciendo que la pieza se comporte en forma homogénea y predecible. El adhesivo utilizado para el desarrollo de esta tesis tiene la siguiente dosificación:. 50 % polı́mero 103 50 % polı́mero 216 (300g/m2 en cara, 150g/m2 en canto). Esta dosificación se obtuvo del estudio realizado pot Correal y Ramı́rez en el año 2010 [20].. 1.5.8.. Uniones Adhesivas para Elementos Estructurales. Las uniones pueden ser de canto o de extremo. Las uniones de extremo se utilizan para producir elementos de mayor longitud que los que se encuentran de manera comercial. Los tipos de uniones de extremo que se pueden encontrar son:. Unión a Tope, Figura 1.13 Unión biselada, scar-joint ó pruma: La pendiente en este tipo de unión es muy importante ya que tiene un efecto directo en la resistencia. Las pendientes tı́picas son del orden de 1:10 y 15.

(26) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. Figura 1.13: Unión a Tope. Figura 1.14: Unión Biselada. 1:20, y pueden producir resistencias a tracción del orden de 85 al 95 % de la resistencia del sustrato. La Figura 1.14 presenta un ejemplo de este tipo de unión. Unión Hooked Scarf Unión Dentada ó Finger Joint: Este es el tipo de unión más utilizado ya que se obtiene una muy buena calidad. El Finger Joint de orientación vertical tiene una mayor resistencia a la flexión que el de orientación horizontal. Sin embargo, los mejores resultados se obtienen empleando el de orientación inclinada. En la Figura 1.15 se presenta un ejemplo de este tipo de unión.. Figura 1.15: Unión Dentada. Las uniones de canto son utilizadas para alcanzar las dimensiones deseadas en sección. Los tipos de unión de canto son: unión a tope, machihembrado recto, machihembrado curvo y cola de Milano. Para la construcción de elementos estructurales se producen lamelas de guadua laminada, con la siguiente geometrı́a: 3 cm Espesor x 11 cm Ancho x 120 cm Longitud. Cada lamela se compone de porciones individuales unidas mediante una unión dentada. Se escogió la unión dentada ya que es fácil de producir y genera poco desperdicio en comparación a otro tipo de uniones. 16.

(27) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. En términos generales, al emplear la unión dentada para la construcción de elementos estructurales de luces variables, se reduce la capacidad a la flexión de dichos elementos y se produce delaminación de las lamelas que conforman los conforman debido a concentraciones de esfuerzo en la unión. Por esta razón se vio la necesidad de estudiar los esfuerzos actuantes en la unión dentada mediante modelos analı́ticos. En las secciones siguientes se detallan los procedimientos, ensayos y modelos realizados para enteneder el comportameitno mecánico de este tipo de unión adhesiva.. 17.

(28) CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN. MIC 2011-I0-2. 18.

(29) Capı́tulo 2. Comportamiento de Elementos de Guadua Laminada a la Delaminación La construcción de elementos estructurales en guadua laminada, que permitan cubrir luces grandes o intermedias, implica el uso de uniones o conexiones adhesivas. Este tipo de conexiones debe garantizar la continuidad del elemento estructural y su comportamiento como elemento individual. Adicionalmente, las uniones adhesivas utilizadas en la construcción de elementos estructurales, deben tener cierta resistencia a la humedad y a cambios de temperatura dependiendo de su uso, ubicación y diseño, y deben tener una alta durabilidad de manera que puedan garantizar una vida útil de por lo menos 50 años, bajo condiciones de servicio normales. Gonzalez [17] encontró que al emplear este tipo de uniones en elementos estructurales, la capacidad a flexión se reduce, al inducir una superficie de falla sobre la lı́nea de encolado, situación que conlleva a la delaminación de las lamelas, como se muestra en la Figura 2.1. Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, se vio la necesidad de estudiar el comportamiento de los elementos de guadua laminada en condiciones drásticas de humedad y temperatura y entender su comportamiento a la delaminación.. Figura 2.1: Falla a flexión de una unión dentada de una viga de guadua laminada 19.

(30) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2. A partir de los resultados obtenidos en investigaciones previas Tablas 7.1,7.2,7.3,7.4 y 7.5 se decidió seguir la metodologı́a de ensayo ASTM 2559 [22] para entender el comportamiento del adhesivo ante cambios drásticos de temperatura y humedad, y como estos afectan la resistencia a cortante del sistema guadua-adhesivo.. 2.1.. Adhesivos para uso Estructural. Introducción, Objetivos y Alcance La caracterización mecánica de cualquier adhesivo utilizado para la composición de elementos estructurales, es un factor primordial en el uso y en la resistencia que el elemento pueda tener a largo plazo. Esta metodologı́a busca conocer la firmeza mecánica y la durabilidad de la unión encolada de laminas de bambú guadua Angustifolia Kunth según la norma ASTM D2559[22].. 2.1.1.. Métodos Experimentales. Según la metodologı́a de ensayo ASTM 2559 [22] se deben preparar 6 láminas de guadua de la misma especie para cada viga laminada. El tamaño de cada lámina debe ser de 19 mm (0.75 in) de espesor, 140 mm (5. 1 2. in) de ancho y 1m (40 in) de largo como se puede ver en la Figura 2.2. A partir. de estas láminas se deben construir vigas laminadas con la geometrı́a que se muestra en la Figura 2.3. Se debe construir una viga para obtener las probetas que se van a utilizar para este ensayo, ya se debe garantizar que la distribución del adhesivo sea uniforme a lo largo de la cada lámina. A partir de la viga se deben desechar secciones de 76 mm de largo en ambos extremos y el resto se debe dividir en dos tipos de secciones diferentes, la sección A y la sección B como se muestra en la Figura 2.4.. Figura 2.2: Detalle de lámina de elemento para el ensayo de delaminación Esta norma [22] está compuesta por dos metodologı́as de ensayo diferentes, el ensayo de resistencia a la delaminación durante exposición acelerada y el ensayo de corte perpendicular a la lı́nea de encolado. Programación de Ensayos 20.

(31) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2. Figura 2.3: Detalle de elemento para el ensayo de delaminación. Figura 2.4: Detalle de probetas para el ensayo de delaminación. La cantidad de ensayos realizados se resumen en las Tablas 2.1 y 2.2. Tabla 2.1: Probetas para ensayo de resistencia a la delaminación durante exposición acelerada Ensayo Cantidad Delaminación durante exposixión acelerada 17 Resistencia a la Delaminación Durante Exposición Acelerada El procedimiento para acondicionar las probetas se basó en la ASTM D2559 [22]. Los procedimientos de ensayo para evaluar la resistencia en la lı́nea de encolado fueron establecidos por la misma. A continuación se enumeran los equipos necesarios para realizar este tipo de ensayo.. 1. Una autoclave capaz de aplicar una presión de por lo menos 550 KPa (80 psi) para garantizar que las probetas se impregnen de agua. 2. Una bomba de vació capaz de producir vacı́os de por lo menos 85 KPa (25 in). La bomba de vació utilizada en este ensayo se muestra en la Figura 2.5. 3. Una manguera de vapor capaz de proveer vapor a una temperatura de 100o C por 1.5 horas. 4. Un horno capaz de mantener temperaturas de 65.5o C. 5. Un microscopio graduado en 0.01 y 0.1 divisiones. 21.

(32) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2. Tabla 2.2: Probetas para ensayo de corte perpendicular a la lı́nea de encolado Ensayo Tipo Codigo Cantidad Corte Delaminación durante exposición acelerada Corte húmedo 20 Condiciones normales Corte Seco 20. Figura 2.5: Bomba de vació. Para obtener las probetas para el ensayo cı́clico de delaminación, se cortó la sección B de la viga, en tres secciones de 76 mm en dirección paralela al grano, como se muestra en la Figura 2.6-a.).. Figura 2.6: Detalle de probeta de sección B El ensayo cı́clico de delaminación consiste en tres ciclos en donde se varia la humedad y la temperatura para entender el comportamiento del material ante condiciones aceleradas de humedad y temperatura. A continuación se presenta el procedimiento implementado.. Ciclo 1 1. Se pesó y registró el peso de cada probeta. 2. Se introdujeron 6 probetas en el autoclave, y se dejó fluir agua a una temperatura de 18 a 27o C hasta que las probetas quedaron totalmente sumergidas. 3. Se aplicó un vació de 85 KPa (25 in) por 5 minutos. 22.

(33) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2. 4. Se liberó el vació y se aplicó una presión de 517 kPa por 1 hora. 5. Se repitió el procedimiento de vacı́o y presión realizando dos ciclos por 2 1/6 horas. 6. Se secaron las probetas en un horno a una temperatura de 65.5o C por un periodo de 21 y 22 horas para reducir su peso original en un 15 %. Ciclo 2 1. Se introdujeron nuevamente las probetas a el autoclave y se dejó fluir agua a una temperatura de 100o C por 1.5 horas con los drenes abiertos para remover la humedad condensada. 2. Se dejó fluir agua a una temperatura de 18 a 27o C y se aplicó una presión de de 517 KPa por 40 min. 3. Se secaron de la misma manera que en el Ciclo 1. Ciclo 3: Se repite el procedimiento realizado en el Ciclo 1.. Corte Perpendicular a la lı́nea de Encolado Para la medición de la resistencia a corte perpendicular de la lı́nea de encolado se utilizó una maquina universal de pruebas marca MTS, siguiendo las metodologı́as de ensayo (ASTM D-905 [23] , ASTM D2559 [22] y ASTM D5266-99 [24]). La carga fue aplicada sobre las probetas de manera continua durante todo el ensayo, a una velocidad de 5 mm/min, y empleando una guillotina que garantiza que el esfuerzo sobre la lı́nea de encolado corresponda a cortante puro como se muestra en la Figura 2.7.. Figura 2.7: Montaje de probeta para corte en la lı́nea de encolado Para construir las probetas utilizadas en este ensayo, se cortó la sección A de la viga en dos secciones de 51 mm en dirección paralela al grano, como se muestra en la Figura 2.8-a.), con el fin 23.

(34) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2. de obtener probetas como se muestra en la Figura 2.8-b.). Estas probetas se cortaron en forma de escalera como se muestra en las Figuras reffigCorte3 y 2.9-b.) para ası́ obtener la probeta final que se utilizó en el ensayo como se muestra en la Figura 2.9-c.).. Figura 2.8: Detalle de probeta para corte. Figura 2.9: Detalle probeta corte González [8] investigó la influencia del clima en la guagua sometiendo las probetas del ensayo de corte en la lı́nea de encolado, a el ensayo de de laminación antes de ser falladas. Por esta razón se decidió involucrar dos tipos de probetas (Corte húmedo, y Corte seco) en esta investigación. El tipo Corte húmedo corresponde a probetas sometidas al ensayo de resistencia a la delaminación, y el tipo Corte seco corresponde a probetas en condiciones normales. Porcentaje de Guadua Fallado Uno de los requerimientos de la norma ASTM D2559 [22] para el ensayo de corte perpendicular a la lı́nea de encolado es que se calcule el porcentaje de guadua fallado. Para calcular este porcentaje se utilizó la metodologı́a de ensayo ASTM D5266 [24] la cual describe un procedimiento para estimar el porcentaje de madera fallado que ocurre en los ensayos de cortante, finger-joints y otros ensayos que tengan que ver con la delaminación de la madera. Es importante realizar este tipo de ensayo ya que la falla en la madera es uno de los principales factores para determinar la calidad del adhesivo utilizado. Se calculó el porcentaje de guadua fallado como el área fallada dividida el área total de corte, según la Ecuación 2.1. 24.

(35) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2. %GF =. 2.1.2.. AreaFallada · 100 AreaTotalL ineadePega. (2.1). Resultados Experimentales. Resistencia a la Delaminación Durante Exposición Acelerada De este ensayo se obtiene un criterio para establecer si el adhesivo se comporta de manera adecuada cuando se ve expuesto a cambios de temperatura y humedad drásticos. Este criterio se define como el porcentaje total de desencolado (D1) que esta dado por la Ecuación 2.2, en donde D1 debe ser menor de 1.6 %. (D1 < 1,6 %) según la norma ASTM 2559 [22].Los resultados experimentales obtenidos (porcentaje total desencolado D1 ) se presentan en la Tabla 2.3y en la Gráfica 2.10.. D1 =. LT ot.Desencolado · 100 LT ot.Lineaencolado. (2.2). LTot.Desencolado= Longitud de la unión de adhesivo abierta en las dos superficies paralelas a la fibra (mm). LTot.Lineaencolado= Longitud total de la unión de adhesivo expuesta en esta superficie (mm). La población de resultados del ensayo de delaminación durante exposición acelerada se sometió a un análisis estadı́stico con el fin de determinar una distirbución de probabilidad con buen ajuste. La población tiene un valor mı́nimo de 0.41 %, un valor máximo de 2.04 %, media de 1.06 % y desviación estándar de 0.455 %. Se determinó el error cuadrático medio (ecm) para diferentes distribuciones de probabilidad. El procedimiento se realizó considerando funciones de densidad de probabilidad normal (ecm de 0.029), beta (ecm de 0.0327), lognormal (ecm de 0.0401), uniforme (ecm de 0.0584) y exponencial (ecm de 0.0713). Se determinó que la tendencia de los datos se ajusta mejor a una distirbuciónj normal. Asumiendo que el porcentaje de delaminación se distribuye normal, y que la población de datos experimentales es representativa, la probabilidad que se supere un valor de 1.6 % (máximo admisible), es de 0.119. Esto implica que el porcentaje de desencolado será menor a 1.6 % el 88 % de las veces. Por esta razón se considera que la unión adhesiva cumple con las especificaciones dadas por la metodologı́a de ensayo ASTM 2559 [22]. Corte Perpendicular a la Lı́nea de Encolado La Tabla 2.4 muestra los resultados obtenidos para las probetas sometidas al ensayo de corte 25.

(36) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2. Tabla 2.3: Resultados de Resistencia a la Delaminación Codigo D-1 D-2 D-3 D-4 D-5 D-6 D-7 D-8 D-9 D-10 D-11 D-12 D-13 D-14 D-15 D-16 D-17. Longitud Total Desencolado (mm) 3.84 4.50 4.36 4.47 4.22 4.22 4.39 4.31 4.38 4.47 4.49 4.47 4.30 4.36 4.35 4.53 4.42. Porcentaje Total de Desencolado (D1<1.6 0.42 0.41 1.19 1.58 0.96 1.01 0.74 0.65 0.71 1.84 1.15 0.79 0.97 1.38 2.04 0.99 1.19. Figura 2.10: Resultados ensayo delaminación durante exposición acelerada. 26.

(37) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2. perpendicular a la lı́nea de encolado en condiciones normales (corte seco). La población de resultados del ensayo se sometió a un análisis estadı́stico con el fin de determinar una distirbución de probabilidad con buen ajuste. La población tiene un valor mı́nimo de 3.85 Mpa, un valor máximo de 10.3 Mpa, media de 7.26 Mpa y desviación estándar de 1.78 Mpa. Se determinó el error cuadrático medio (ecm) para diferentes distribuciones de probabilidad. El procedimiento se realizó considerando funciones de densidad de probabilidad normal (ecm de 0.0241), weibull (ecm de 0.0253), uniforme (ecm de 0.035), lognormal (ecm de 0.0382) y exponencial (ecm de 0.0714).Se determinó que la tendencia de los datos se ajusta mejor a una distirbuciónj normal. En la Tabla 2.5 se muestran los resultados obtenidos para las probetas e corte perpendicular a la lı́nea de encolado en condiciones húmedas. La población de resultados del ensayo se sometió a un análisis estadı́stico con el fin de determinar una distirbución de probabilidad con buen ajuste. La población tiene un valor mı́nimo de 3.9 Mpa, un valor máximo de 9.77 Mpa, media de 7.26 Mpa y desviación estándar de 1.66 Mpa. Se determinó el error cuadrático medio (ecm) para diferentes distribuciones de probabilidad. El procedimiento se realizó considerando funciones de densidad de probabilidad normal (ecm de 0.0612), weibull (ecm de 0.0625), uniforme (ecm de 0.0689), lognormal (ecm de 0.0767) y exponencial (ecm de 0.119). Se determinó que la tendencia de los datos se ajusta mejor a una distirbución normal. La Figura 2.11 presenta la resistencia promedio obtenida en ambos casos, más y menos una desviación estándar. Se puede concluir que no hay una variación significativa en los resultados experimentales obtenidos, lo que significa que, para los rangos de humedad y temperatura especificados en el ensayo, la resistencia a cortante no se ve afectada de manera importante. Porcentaje de Guadua Fallado La población de resultados del ensayo ensayo de porcentaje de guadua fallado en condición seca se sometió a un análisis estadı́stico con el fin de determinar una distirbución de probabilidad con buen ajuste. La población tiene un valor mı́nimo de 0.95, un valor máximo de 1, media de 0.975 y desviación estándar de 0.0181. Se determinó el error cuadrático medio (ecm) para diferentes distribuciones de probabilidad. El procedimiento se realizó considerando funciones de densidad de probabilidad uniforme (ecm de 0.104), weibull (ecm de 0.123), normal (ecm de 0.123), lognormal (ecm de 0.131) y exponencial (ecm de 0.151). Se determinó que la tendencia de los datos se ajusta mejor a una distirbución uniforme. El procedimiento anterior se repitió para los resultados del ensayo ensayo de porcentaje de guadua fallado en condición húmeda. La población tiene un valor mı́nimo de 0.94, un valor máximo de 1, media de 0.976 y desviación estándar de 0.0182. Se determinó el error cuadrático medio (ecm). 27.

(38) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2. Tabla 2.4: Resultados Corte Perpendicular a la linea de Pegante de Probetas sin cambios de humedad y temperatura Código (Corte seco)-1-1 (Corte seco)-1-2 (Corte seco)-1-3 (Corte seco)-1-4 (Corte seco)-1-5 (Corte seco)-2-1 (Corte seco)-2-2 (Corte seco)-2-3 (Corte seco)-2-4 (Corte seco)-2-5 (Corte seco)-3-1 (Corte seco)-3-2 (Corte seco)-3-3 (Corte seco)-3-4 (Corte seco)-3-5 (Corte seco)-4-1 (Corte seco)-4-2 (Corte seco)-4-3 (Corte seco)-4-4 (Corte seco)-4-5. Esf. Corte (Mpa) 10.34 5.34 8.65 6.37 3.85 6.62 9.07 6.95 5.42 5.80 8.48 8.60 8.87 6.72 7.57 7.88 8.78 5.86 4.61 9.53. Código Corte seco-1. Promedio Esf. Corte (Mpa) 6.91. Corte seco-2. 6.77. Corte seco-3. 8.05. Corte seco-4. 7.33. Figura 2.11: Comparación de esfuerzos cortantes 28.

(39) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2. Tabla 2.5: Resultados Corte Perpendicular a la line de Pegante Probetas con cambios de humedad y temperatura Código (Corte húmedo)-1-1 (Corte húmedo)-1-2 (Corte húmedo)-1-3 (Corte húmedo)-1-4 (Corte húmedo)-1-5 (Corte húmedo)-2-1 (Corte húmedo)-2-2 (Corte húmedo)-2-3 (Corte húmedo)-2-4 (Corte húmedo)-2-5 (Corte húmedo)-3-1 (Corte húmedo)-3-2 (Corte húmedo)-3-3 (Corte húmedo)-3-4 (Corte húmedo)-3-5 (Corte húmedo)-4-1 (Corte húmedo)-4-2 (Corte húmedo)-4-3 (Corte húmedo)-4-4 (Corte húmedo)-4-5. Esf. Corte (Mpa) 9.21 4.84 8.41 6.61 3.90 7.13 9.10 7.04 5.44 5.81 8.58 8.64 8.83 6.78 7.56 7.64 8.79 5.70 5.51 9.77. Código Corte húmedo-1. Promedio Esf. Corte (Mpa) 6.59. Corte húmedo-2. 6.90. Corte húmedo-3. 8.08. Corte húmedo-4. 7.48. 29.

(40) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2. para una distribución normal (ecm de 0.039), lognormal (ecm de 0.0466), uniforme (ecm de 0.065) y exponencial (ecm de 0.129). Se determinó en este caso que la tendencia de los datos se ajusta mejor a una distirbución normal. A partir del análisis estadı́stico de los resultados, tanto para condición seca como húmeda, se determinó que no existe evidencia que indique que el porcentaje de guadua fallado se ve afectado de manera importante para los rangos de humedad y temperatura especificados en el ensayo.. 2.1.3.. Análisis de Resultados. Resistencia a la Delaminación Durante Exposición Acelerada En el caso del ensayo de resistencia a la delaminación durante exposición acelerada, se decidió comparar los resultados obtenidos con el estudio realizado por Montoya en el 2009 [7]. En la Gráfica 2.12 se muestran los resultados de porcentaje total desencolado en los dos estudios. En esta se puede ver que para ambos casos el porcentaje total desencolado no superó el 1.6 % de acuerdo con la Ecuación 2.2, lo que indica que la guadua laminada se comporta de manera adecuada a la delaminación.. Figura 2.12: Comparación porcentaje total desencolado Adicionalmente, al comparar los resultados aquı́ presentados con los reportados en Montoya y Gonzalez [8],se puede observar que, en ambos casos, la guadua laminada cumplió con los objetivos propuestos por las metodologı́as de ensayo. Los valores de delaminación encontrados por Montoya y Gonzalez se encuentran alrededor de 2.1 %, mientras que en esta investigación están alrededor del 1.6 %. Esta diferencia pudo ser causada debido a que la metodologı́a de ensayo utilizada por Montoya 30.

(41) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2. y Gonzalez [8] es menos rigurosa que la metodologı́a de ensayo utilizada en esta investigación, ya que sólo se realiza un ciclo de humedad y temperatura. El criterio de cumplimiento empleado por Montoya y Gonzalez [8] indica que el porcentaje total desencolado D1 debe ser menor al 4 %, mientras que en esta investigación dicho porcentaje debe ser menor al 1.6 %. Corte Perpendicular a la lı́nea de encolado En el caso del ensayo de corte perpendicular a la lı́nea de encolado en condición seca y húmeda, se decidió comparar los resultados obtenidos con el estudio realizado por Montoya en el 2009 [7]. En la Grafica 2.13 y 2.14se muestra la resistencia a cortante en condición seca y en condición húmeda obtenida en ambos casos. De esta se puede concluir que a pesar que el esfuerzo promedio calculado para las probetas tipo Corte seco es mayor al calculado para las probetas tipo Corte húmedo, no se presenta una reducción significativa en la resistencia a cortante de la lı́nea de encolado. Por esta razón, se puede concluir que el comportamiento del adhesivo no se ve afectado de manera significativa por los cambios drásticos de temperatura y humedad aplicados.. Figura 2.13: Comparación resistencia a cortante condición seca Finalmente se realizó un análisis estadı́stico sencillo sobre los valores obtenidos de esfuerzo cortante para las probetas tipo Corte seco y Corte húmedo. Se ajustó una distribución de probabilidad t student en ambos casos. Se calculó un intervalo de confianza del 95 % tal como se presenta en la Tabla 2.6. Se observa que este tipo de adhesivo no se ve afectado por cambios de humedad y temperatura, como se mencionó anteriormente. Porcentaje de Guadua Fallado 31.

(42) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2. Figura 2.14: Comparación resistencia a cortante condición húmeda. Tabla 2.6: Intervalos de confianza del 95 % para el esfuerzo cortante seco y Corte húmedo Escenario Muestra Media (Mpa) Desviación (Mpa) Corte húmedo 20 7,15 1,65 Corte seco 20 7,26 1,77. 32. para las probetas tipo Corte Intervalo de Confianza 6,38 7,92 6,44 8,08.

(43) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2 En las 40 probetas ensayadas en condiciones húmedas y en condiciones secas se observó que el porcentaje de guadua fallado fue cercano al 100 %, lo cual indica que el adhesivo se comporta de manera adecuada cuando se ve expuesto a fuerzas de corte, y diferentes condiciones de humedad y temperatura.. 33.

(44) CAPÍTULO 2. COMPORTAMIENTO DE ELEMENTOS DE GUADUA LAMINADA A LA DELAMINACIÓN MIC 2011-I0-2. 34.

(45) Capı́tulo 3. Determinación de las Propiedades Mecánicas del Adhesivo La caracterización mecánica de cualquier adhesivo utilizado para la composición de elementos estructurales, es un factor primordial en el uso y en la resistencia que el elemento pueda tener a largo plazo. En el caso particular de elementos estructurales de guadua laminada, las caracterı́sticas mecánicas del adhesivo empleado en la unión influyen considerablemente en la resistencia del producto final. El adhesivo estudiado en esta investigación es una composición de la resina de melanina-ureaformaldehı́do (MUF). Es importante mencionar que este tipo de resinas (MUF) se utilizan generalmente en aplicaciones estructurales de madera.. 3.1.. Modulo de Elasticidad Simple del Adhesivo Melamina-UreaFormaldehı́do. Introducción, Objetivos y Alcance Considerando investigaciones previas relacionadas, ası́ como el estado del conocimiento en la caracterización mecánica de adhesivos tı́picamente usados en uniones de madera, Beetar et.al. [29] caracterizó el adhesivo (MUF) en términos de su modulo de elasticidad, mediante la realización de un ensayo de flexión en tres puntos. Se utilizó la norma ASTM D3043-00 [?] como base metodológica para la medición del módulo, ya que provee un método para calcularlo sin necesidad de determinar la curva Esfuerzo-Deformación unitaria, sino por medio de la teorı́a de flexión en vigas. 35.

(46) CAPÍTULO 3. DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DELMIC ADHESIVO 2011-I0-2. 3.1.1.. Métodos Experimentales. Las probetas fabricadas corresponden a bloques con una sección transversal de 3 mm x 12 mm y una longitud de 60 mm . Las Figuras 3.1 y 3.2 muestran las dimensiones de una probeta tı́pica y el montaje experimental.. Figura 3.1: Geometrı́a probeta ensayo flexión en 3 puntos (mm). Figura 3.2: Esquema ensayo flexión en 3 puntos Las probetas se construyeron a temperatura ambiente en un molde metálico como se muestra en la Figura 3.3. La composición usada del adhesivo en masa fue 45 % MF, 45 % UF y 10 % de catalizador. El periodo de curado fue de aproximadamente 1 semana. En este ensayo se reportó el esfuerzo último de flexión y el modulo de elasticidad a la flexión. El esfuerzo de flexión puede ser calculado para cualquier punto mediante la Ecuación 3.1.. σf =. 3PL 2Bh2. En donde, σ f =Esfuerzo de flexión en el punto medio de la probeta (MPa) P = Carga en un punto dado de la curva carga-deformación (N) L = Longitud entre el centro de los soportes inferiores (mm) 36. (3.1).

(47) CAPÍTULO 3. DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DELMIC ADHESIVO 2011-I0-2. Figura 3.3: Molde metálico usado en ensayo de flexión en tres puntos. B = Ancho de la probeta (mm) h = Espesor de la probeta (mm). Según la norma ASTM D3043-00 [?], el modulo de elasticidad a flexión puede ser calculado mediante la Ecuación 3.2.. E=. PL3 48Ixm ax. En donde, E = Módulo elástico en flexión (MPa) P = Carga en el punto de deflexión máxima (N) L = Longitud entre el centro de los rodillos inferiores (mm) I = Momento de inercia (mm4 ) xm ax= Deflexión máxima. Programación de Ensayos En total se ensayaron 5 probetas como se muestra en la Tabla 3.1. Tabla 3.1: Probetas para ensayo de flexión en tres puntos Ensayo Cantidad Flexión tres puntos 5 37. (3.2).