Bambu
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL “BAMB
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
“BAMBÚ COMO ALTERNATIVA ECOLÓGICA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDAS DE INTERÉS SOCIAL” TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
REALIZADO POR LOS BACHILLERES: ADNAN J. EL MAAZ V. C.I.: 19.087.047 ANDRES A. URDANETA P. C.I.: 19.679.312 TUTOR ACADÉMICO: DR. EDUARDO VELASQUEZ C.I.: 7.608.640 MARACAIBO, JULIO DE 2011
BAMBÚ COMO ALTERNATIVA ECOLÓGICA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDAS DE INTERÉS SOCIAL
El Maaz V. Adnan J. CI: 19087047 Calle 71, Urb. La Victoria Edif. 22 Sector La Victoria Telefono: 7564353 [email protected]
Dr. Eduardo Velasquez Tutor Académico
Urdaneta P. Andrés A. CI: 19.679.312 Calle 79-E N° 86-246 Sector La Floresta Telefono: 7554744 [email protected]
El jurado aprueba el trabajo especial de grado, “BAMBÚ COMO ALTERNATIVA ECOLÓGICA
PARA LA CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDAS
DE INTERÉS
SOCIAL” que los bachilleres El Maaz Velasco, Adnan Jesús C.I. 19.087.047 y Urdaneta Pérez, Andrés Alberto C.I. 19.679.312 presentan, en el cumplimiento con los requisitos señalados en el reglamento de la Escuela de Ingeniería Civil para optar al título de Ingeniero Civil.
JURADO EXAMINADOR
Dr. Eduardo Velasquez Tutor / Jurado
Ing. Jesús Medina Jurado
Ing. Ernesto Velasquez Jurado
Ing. Nancy Urdaneta Director de la Escuela de Ingeniería Civil
Ing. Oscar Urdaneta Decano de la Facultad de Ingeniería
AGRADECIMIENTOS
•
Agradecemos a Dios, sobre todas las cosas por habernos guiado siempre en
nuestro camino. •
A nuestros padres y demás familiares, por habernos apoyado en todo
momento. •
A nuestro tutor académico Dr. Eduardo Velasquez, por habernos escuchado y
orientado durante el trabajo de investigación, sirviéndonos siempre como guía. •
Al profesor Ing. Jesús Medina, por apoyarnos incondicionalmente y guiarnos
durante las etapas más importantes de nuestra carrera, además de habernos brindado siempre su ayuda en esta investigación y su amistad. •
A la Arq. Johana Velasco, por habernos ayudado siempre y habernos
acompañado en los momentos difíciles.
DEDICATORIA
•
A Dios, por todo lo que tengo y todo lo que soy.
•
A mis padres por el apoyo que me han brindado durante toda la vida.
•
A mi novia Johana que nunca han dejado de estar orgullosa de mi,
brindándome su amor, ayuda y apoyo por sobre todas las cosas. •
A mi compañero de tesis Andrés Urdaneta, por su amistad y ayuda en este
proyecto. •
A mis hermanos y primos por hacerme olvidar de las preocupaciones de vez
en cuando. •
A todas esas personas que de alguna manera me ayudaron y apoyaron
durante toda la carrera.
ADNAN J. EL MAAZ V.
•
Primeramente a Dios por guiar mis pasos en todo momento y por permitirme
ser quien soy. •
Seguidamente a mi abuelo Andrés Suárez por ser una gran inspiración, por
sus consejos, su apoyo incondicional y por estar siempre estar allí cuando lo necesitaba. Esto es para ti chaval querote. •
A mis padres por ser las personas que me dieron la vida y por su amor que ha
estado todos los días siempre dándome ánimos para cumplir mis metas. •
A mi familia entera por sus buenos deseos.
•
A Susana por escucharme, por sus consejos, por su apoyo y amor sobre todas
las cosas. •
A mi compañero Adnan el Maaz por su amistad.
•
Finalizando, a todos los profesores y compañeros con los que tuve la
oportunidad de compartir.
ANDRES A. URDANETA P.
ÍNDICE GENERAL
Pág. INTRODUCCIÓN………………………………………………………….…………….15 1. CAPÍTULO I……………………………………………………..………….….…….17 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………...…..……..17 1.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN………………………………..……20 1.2.1 OBJETIVO GENERAL…………………..………………..…………….20 1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………..………………………….20 1.3 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA……………………...……………....…21 1.4 DELIMITACIÓN………………………..………………………………………22 2. CAPÍTULO II…………………………..……………………………………………..23 2.1 ANTECEDENTES……………………..………………………………………23 2.2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS…………………………..……………………25 2.2.1 BAMBÚ O GUADUA ANGUSTIFOLIA …………………….........…..25 2.2.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA PLANTA ……..………27 2.2.3 PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS …………….………..………29 2.2.4 CARACTERÍSTICAS
DE
LOS
COMPONENTES
DEL
GUADUAL…………………………..…………………………………………....30 2.2.5 PRESERVACIÓN
E
INMUNIZACIÓN
DEL
BAMBÚ
O
GUADUA…………......…………………………………………………………..33 2.2.6 EL BAMBÚ Y LOS MOVIMIENTOS SÍSMICOS …………………….35 2.2.7 BAMBÚ VERSUS CONCRETO, ACERO Y MADERA...………..….36 2.2.8 BAMBÚ COMO REFUERZO DEL CONCRETO ……….…..……….36 2.2.9 UNIONES ESTRUCTURALES DEL BAMBÚ.……………............…39 2.2.10 IMPORTANCIA AMBIENTAL…...…………………………………...42
2.3 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS………………...…………………..44 2.4 SISTEMA DE VARIABLES……………..….…………………………………48 2.4.1 VARIABLE…………………………………………………………..…...48 2.4.2 DEFINICIÓN CONCEPTUAL……..……………………………………48 2.4.3 DEFINICIÓN OPERACIONAL………………..………………………..48 2.4.4 CUADRO DE VARIABLES…………………………...………………..49 3. CAPÍTULO III………………………………………………..……………………….50 3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN………………..…………………………………50 3.2
DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN…………………………………..……...51
3.3 UNIDAD DE ANÁLISIS……………………………………………...………..52 3.4 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS………………………………53 3.5 FASES DE LA INVESTIGACIÓN……………..………………....………….55 3.5.1 IDENTIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES ECOLÓGICAS DEL BAMBÚ………………………………………………..………………………….55 3.5.2 ANÁLISIS
DEL
COMPORTAMIENTO
DEL
BAMBÚ
COMO
ELEMENTO ESTRUCTURAL……………………………….…………………55 3.5.3 PROPUESTA DE UN DISEÑO DE VIVIENDA DE INTERÉS SOCIAL APLICANDO EL BAMBÚ.…………..…………………..……………………..55 4. CAPÍTULO IV…………………………………………………..……………………57 4.1 RESULTADOS……………………..………………………………………….57 4.1.1 PROPIEDADES ECOLÓGICAS DEL BAMBÚ ……………………..58 4.1.1.1 PROPIEDADES ECOLÓGICAS DEL BAMBÚ COMO PLANTA Y RECURSO EXPLOTABLE.…..………………………………………….58 4.1.1.2 BENEFICIOS ECOLÓGICOS DEL BAMBÚ CUANDO ES APLICADO A UNA VIVIENDA.…………………………..………………..62 4.1.1.3 DESVENTAJAS DEL BAMBÚ…………………………………..64 4.1.2 COMPORTAMIENTO
DEL
BAMBÚ
COMO
ELEMENTO
ESTRUCTURAL …………………………………………………….…………..65
4.1.2.1 RESISTENCIA
DEL
BAMBÚ
A
LOS
DISTINTOS
ESFUERZOS…………………………………………...…………………....65 4.1.2.2 COMPORTAMIENTO DE LOS ELEMENTOS DE BAMBÚ COMO VIGA Y COLUMNA.………………………………….…………….77 4.1.2.3 UNIONES ESTRUCTURALES………………………..…….…...90 4.1.2.4 TIPO
DE
FUNDACIONES
QUE
SE
USAN
EN
CONSTRUCCIONES CON BAMBÚ……………………...……………….92 4.1.2.5 COMPORTAMIENTO DEL BAMBÚ CUANDO ES SOMETIDO A FUEGO………………………………………..……………………………94 4.1.3 PROPUESTA DE DISEÑO DE VIVIENDA DE INTERÉS SOCIAL APLICANDO BAMBÚ.………………………………..………………………...95 4.1.3.1 MODELO ARQUITECTÓNICO DE LA VIVIENDA..………..….95 4.1.3.2 CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO.…………...96 4.1.3.3 SOLICITACIONES A LAS CUALES ESTÁN SOMETIDAS LAS ESTRUCTURAS…………………………..…………………………………97 4.1.3.4 DIMENSIONAMIENTO
DE
LOS
ELEMENTOS
ESTRUCTURALES ………….……………………………………………..98 4.1.3.5 DISEÑO Y ACABADO DE CERRAMIENTOS………….…….100 CONCLUSIONES…………………………..………………………………………….102 RECOMENDACIONES………………………..………………………………………104 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………..………………………….105 ANEXOS……………………………….....…………………………………………….107
ÍNDICE DE GRÁFICAS
Pág. GRAFICA
4.1
HISTOGRAMA
DE
RESISTENCIAS
MÁXIMAS
A
LA
TRACCIÓN.............................................................................................................66 GRAFICA
4.2
HISTOGRAMA
DE
RESISTENCIAS
MÁXIMAS
A
LA
COMPRESIÓN.............……………………………………………………….……..….68 GRAFICA 4.3 FRECUENCIAS ACUMULADAS DE ESFUERZOS ÚLTIMOS A COMPRESIÓN.…………………………………………………………………………..70 GRAFICA
4.4
HISTOGRAMA
GENERAL
DE
RESISTENCIAS
A
LA
FLEXIÓN…………………………………………….…………….……………………..73 GRAFICA 4.5 HISTOGRAMA DE RESISTENCIAS MÁXIMAS AL CORTE.........75 GRAFICA 4.6 ESFUERZO VS. ESBELTEZ..........................................................86 GRAFICA 4.7 CURVAS DE ESBELTEZ PARA GUADUA....................................87
ÍNDICE DE CUADROS
Pág. CUADRO 4.1 RESUMEN DE RESULTADOS A COMPRESIÓN…………..……..69 CUADRO 4.2 ESFUERZOS MÁXIMOS PROMEDIOS Y ADMISIBLES PARA LA GUADUA.…………………………………………………………….……..……………77 CUADRO 4.3 SOLICITACIONES DE CARGA MUERTA (PESO PROPIO)… .…97
ÍNDICE DE ANEXOS
Pág. ANEXOS 1 MODELO ARQUITECTÓNICO DE LA VIVIENDA…………..………107 ANEXO 2 CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO………….……..….111 ANEXOS 3 DIMENSIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES… ……………………………………………………………………………………………114 ANEXOS 4 DISEÑO Y ACABADO DE CERRAMIENTOS………………………..122
EL MAAZ ADNAN Y URDANETA ANDRÉS, 2011. “BAMBÚ COMO ALTERNATIVA ECOLÓGICA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDAS DE INTERES SOCIAL”. TRABAJO ESPECIAL DE GRADO. FACULTAD DE INGENIERÍA. ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL. UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA. MARACAIBO, VENEZUELA. 2011. 124 p.
RESUMEN
Los sistemas constructivos tradicionales son unos de los mayores consumidores de recursos naturales no renovables, y es que los materiales comúnmente utilizados requieren de grandes explotaciones y procesos industriales para su posterior uso en la construcción ocasionando un fuerte impacto ambiental y siendo grandes fuentes de contaminación. Esto sumado a los recientes cambios climáticos que han dejado sin vivienda a un gran número de familias hace necesario el desarrollo de nuevas alternativas que sean más amigables con el medio ambiente y que se inclinen más hacia el desarrollo sostenible. Es aquí donde aparece el bambú, un material que por sus propiedades, abundancia y bajo costo representa una alternativa constructiva para la solución de estos problemas, permitiendo así atacar con mayor rapidez el déficit de viviendas existente en el país. La investigación es descriptiva y utiliza la observación documental, teniendo como unidad de análisis al bambú, ya que se estudia al mismo y a sus propiedades basándose en fuentes información documentada. El bambú tiene una infinidad de propiedades ecológicas como su biodegradabilidad, rápido crecimiento, aislamiento acústico y térmico, entre otras. Sumado a eso, cuenta con muy buenas características estructurales y puede soportar grandes cargas a pesar de su poco peso. Cuando se aplica al diseño de una vivienda se obtienen elementos estructurales sencillos, livianos y por tanto se reducen las cargas y costos, a esto se le agrega la simplicidad de los métodos usados para concluir que el bambú es ideal y puede emplearse para el desarrollo sostenible de la construcción.
Palabras clave: bambú, Guadua Angustifolia, alternativa ecológica, material de construcción, viviendas de interés social.
[email protected], [email protected].
EL MAAZ ADNAN Y URDANETA ANDRÉS, 2011. “BAMBOO AS AN ECOLOGICAL ALTERNATIVE FOR THE CONSTRUCTION OF SOCIAL INTEREST HOUSING”. FACULTY OF ENGINEERING. CIVIL ENGINEERING SCHOOL. UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA. MARACAIBO, VENEZUELA. 2011. 124 p.
ABSTRACT
The traditional construction systems are among the biggest consumers of non renewable natural resources, and is that commonly used materials requires large farms and industrial processes for later use in building causing serious environmental harm and being major sources of pollution. This added to the recent climate changes have left homeless to a large number of families make necessary to develop new alternatives that be environmentally friendly and be more inclined towards sustainable development. It is here where bamboo appears, a material that by its properties, abundance and low cost is a constructive alternative to solve these problems, allowing faster attack the housing shortage in the country. The research is descriptive and uses documentary observation, taking as unit of analysis the bamboo, because the study of it and its properties are based on documented information sources. Bamboo has a lot of ecological properties like biodegradability, rapid growth, sound and heat insulation, among others. Added to that, it has very good structural characteristics and can withstand heavy loads despite their light weight. When it is applied to a house design, simple and light structural elements are obtained, reducing the loads and costs, this added to the simplicity of the methods used leads to the conclusion that the bamboo is ideal and can be used for sustainable development construction.
Key words: bamboo, Guadua Angustifolia, construction material, social interest housing.
ecological
[email protected], [email protected]
alternative,
INTRODUCCIÓN
Los sistemas constructivos tradicionales son unos de los mayores consumidores de recursos comúnmente
utilizados
naturales no renovables, y es que los materiales
requieren
de
grandes
explotaciones
y
procesos
industriales para su posterior uso en la construcción ocasionando un fuerte impacto ambiental y siendo grandes fuentes de contaminación. Adicionalmente involucran grandes costos, requieren mucha energía y prolongados tiempos de ejecución
por lo que en muchos casos hacen difícil la solución oportuna y
adecuada a uno de los problemas más fuertes existentes en el país, que es el déficit de viviendas, el cual ha venido aumentando dados los recientes cambios climáticos y desastres ambientales, que sumado a los problemas económicos latentes hacen muy difícil el desarrollo y la solución oportuna de esta situación.
Por tal motivo es necesario desarrollar nuevas alternativas que sean más amigables con el medio ambiente y que se inclinen mas hacia el desarrollo sostenible, que no requieran de grandes procesos industrializados y a su vez sean mas accesibles desde el punto de vista económico para todos los sectores de la sociedad.
El bambú es un material que por sus propiedades, abundancia y bajo costo representa una alternativa constructiva para la solución de estos problemas. La “Guadua Angustifolia”, bambú o guafa como se conoce en el país, es una planta pariente del arroz y maíz
y es el único “dinosaurio” vegetal viviente sobre el
planeta, capaz de convertirse en gran opción ecológica y económica para la construcción
16
Por lo antes planteado se pretende desarrollar un análisis del bambú como material de construcción, estudiando sus propiedades ecológicas y ambientales así como también sus características y comportamiento estructural para luego diseñar una vivienda utilizando este material.
El presente trabajo metodológicamente esta estructurado en cuatro capítulos; el primero detalla la fundamentación, los objetivos y la delimitación de la investigación; el segundo contempla todas las bases teóricas, los antecedentes y el sistema de variables de la investigación; el tercer capítulo define el tipo y diseño de investigación y describe los procedimientos a seguir en la realización de todos los componentes que conforman la misma y por ultimo en el cuarto capítulo se presentan los resultados obtenidos, para luego exponer las conclusiones y recomendaciones finales.
Todo esto con la finalidad de presentar al bambú y plantear su posible incorporación a la construcción de viviendas de interés social, cumpliendo con las condiciones técnicas exigidas, para así proveerle al habitante una buena seguridad
disminuyendo de
alguna
manera la utilización de materiales
tradicionales más costosos y dañinos para el entorno.
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
En este capítulo se explica, en forma detallada, la necesidad de realizar un estudio del bambú como alternativa ecológica para la construcción de viviendas de interés social; así como los objetivos planteados para dicho estudio y los beneficios que se pueden tener con este material.
Se presenta a continuación el planteamiento y formulación del problema que persigue esta investigación, así como también los objetivos, justificación e importancia en la realización del presente trabajo.
1.1
Planteamiento del problema
Los
sistemas
constructivos
tradicionales
son
unos
de
los
mayores
consumidores de recursos naturales no renovables, y es que los materiales comúnmente
utilizados
requieren
de
grandes
explotaciones
y
procesos
industriales para su posterior uso en la construcción ocasionando un fuerte impacto ambiental y siendo grandes fuentes de contaminación. Adicionalmente involucran grandes costos, requieren mucha energía y prolongados tiempos de ejecución
por lo que en muchos casos hacen difícil la solución oportuna y
adecuada a uno de los problemas más fuertes existentes en el país, que es el déficit de viviendas.
18
Los recientes cambios climáticos han venido originando una serie de problemas
y
desastres
ambientales
a
nivel
mundial
y
en
Venezuela
específicamente han causado graves daños dejando damnificadas y sin vivienda a un gran número de familias, que sumado a los problemas económicos latentes hacen muy difícil el desarrollo y la oportunidad de estas personas a tener viviendas dignas para mejorar su calidad de vida.
Por tal motivo es necesario desarrollar nuevas alternativas que sean más amigables con el medio ambiente y que se inclinen más hacia el desarrollo sostenible, que no requieran de grandes procesos industrializados y a su vez sean mas accesibles desde el punto de vista económico para todos los sectores de la sociedad.
En Latinoamérica y mas específicamente en Venezuela existe un material que por sus propiedades, abundancia y bajo costo representa una alternativa constructiva para la solución de estos problemas. Se trata de la “Guadua Angustifolia”, bambú o guafa como se conoce en el país, que no es más que una planta pariente del arroz y maíz y es el único “dinosaurio” vegetal viviente sobre el planeta, capaz de convertirse en gran opción ecológica y económica para la construcción.
El bambú es uno de los materiales usados desde la antigüedad por el hombre para aumentar su comodidad y bienestar, pero también puede utilizarse como material de construcción, ya sea primario, secundario, u ocasional en las áreas donde crece en suficiente cantidad, y siendo Venezuela un país tropical por excelencia, la distribución de esta gramínea se encuentra casi en su totalidad sobre el territorio, desde el nivel del mar, hasta incluso por encima de los 3000 metros sobre el nivel del mar.
Aunque principalmente el empleo de estos materiales está dirigido a la autoconstrucción, puede ser obtenido mediante procesos artesanales y semi industriales, utilizando herramientas cada vez más complejas y personal de planta. Sin embargo la herramienta fundamental para su procesamiento como material de construcción es el hacha y el machete, por lo que bambú implica una tecnología sencilla que no daña el medio ambiente.
La flexibilidad y la alta resistencia a la tensión hacen que el bambú sea altamente resistente a los sismos, y en caso de colapsar, su poco peso causa menos daño haciendo la reconstrucción rápida y fácil. El bambú debe ser tratado para protegerlo de insectos con un ahumado natural y debe aplicársele también un barniz especial para protegerlo del fuego en casos de posibles incendios. También es un material muy bueno para mantener una temperatura agradable dentro de la vivienda, permitiendo tener el lugar fresco con poca humedad en el ambiente, proporcionando comodidad y bienestar a sus habitantes.
La incorporación del bambú a la construcción de viviendas de interés social puede hacerse, siempre y cuando cumpla con las condiciones técnicas exigidas, para así proveerle al habitante una buena seguridad disminuyendo de alguna manera la utilización de materiales tradicionales más costosos y dañinos para el entorno.
Las casas que contienen en su construcción elementos de bambú pueden ser atractivas, económicas y, si se diseñan bien, duraderas. Componente por componente, el bambú es más fuerte que el acero y aunque una casa puede construirse con bambú en su totalidad, usualmente se combina con otros materiales de construcción como el concreto o el acero dependiendo de su disponibilidad, idoneidad y costo.
Es por todo esto, que el estudio del bambú como elemento estructural y material principal en edificaciones sencillas y su propuesta como alternativa ecológica para la construcción de un modelo de vivienda de interés social es una opción bastante viable para contribuir de alguna manera en la solución del problema de déficit de vivienda en el país, aplicando técnicas sencillas, modernas y usando estructuras livianas al mismo tiempo que se es amigable con la naturaleza y el ambiente, permitiendo además construir edificaciones de calidad a bajo costo y en corto tiempo.
1.2 Objetivos de la Investigación
1.2.1
•
Objetivo General
Caracterizar
el
bambú
como
alternativa
ecológica
para
la
construcción de viviendas de interés social.
1.2.2 Objetivos Específicos
• Identificar las propiedades ecológicas del bambú como material de construcción.
• Analizar el comportamiento del bambú como elemento estructural para la construcción de viviendas de interés social.
• Proponer un diseño de vivienda de interés social aplicando el bambú como material principal de construcción.
1.3 Justificación e Importancia
La construcción ha avanzado y crecido con el desarrollo de la sociedad y de las nuevas tecnologías, todo con el objetivo de satisfacer las necesidades cada vez más exigentes de la humanidad. Así han surgido nuevos materiales, nuevos métodos constructivos, nuevos sistemas y herramientas que facilitan la ejecución garantizando mayor seguridad y confort, todo gracias a los grandes avances en la ingeniería y en la arquitectura moderna.
Sin embargo, a medida que crece la sociedad aumenta el consumo de recursos naturales no renovables, así como la producción de agentes contaminantes que causan un grave daño ambiental, y provocan cambios que generalmente afectan en mayor medida a los sectores menos favorecidos de la sociedad.
En Venezuela el creciente aumento de la población sumado a los problemas económicos existentes han generado un gran déficit de viviendas que se ha visto en aumento con los constantes cambios y desastres naturales de los últimos años que han dejado sin hogar a un gran número de venezolanos.
Todo esto lleva al estudio de nuevos materiales que representen una alternativa económica y eficiente que permitan atacar con mayor rapidez el problema del déficit de viviendas y a su vez sean amigables con el ambiente orientándose hacia el desarrollo sostenible. Es aquí donde el bambú puede jugar un papel importante, ya que por sus propiedades, abundancia y simplicidad se impone como una opción bastante interesante y viable para la construcción de este tipo de viviendas.
Por lo antes planteado, es factible el estudio mas a fondo del bambú como una opción en la elaboración de viviendas a bajos costos que permitan solventar la situación en el país e incorporar el recurso forestal a los programas de desarrollo social, con el objeto de contribuir a diversificar la estructura productiva, generar empleos, sustituir importaciones y mejorar los mecanismos de protección y conservación de los recursos naturales.
1.4 Delimitación
• Delimitación Espacial
Esta investigación se llevó a cabo en el Estado Zulia, específicamente en la ciudad de Maracaibo.
• Delimitación Temporal
Periodo de tiempo comprendido desde Enero 2011 hasta Septiembre 2011.
• Delimitación Científica
Principalmente se basó en el estudio de las propiedades ecológicas y estructurales del bambú como alternativa para la construcción de un modelo de vivienda de interés social.
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
La finalidad de este capitulo es proporcionar la información suficiente para tener un conocimiento general del bambú y sus características como elemento estructural para la construcción de viviendas de interés social así como su importancia en la protección del medio ambiente. A continuación, se realiza la revisión de literatura, la cual abarca varios campos de acción tales como los antecedentes y las bases teóricas, definición de términos básicos y por último el sistema de variables.
2.1 Antecedentes “Bambú, el acero vegetal usado en la construcción”. Artículo de Noticias de Arquitectura. Simón Vélez; David Sands; Darrel DeBoer. Colombia. 2008. En esta investigación se unieron tres grandes arquitectos el colombiano Simón Vélez y los estadounidenses David Sands y Darrel Deboer, presentando al bambú como el posible material de construcción a escoger en el siglo XXI. Vélez hizo un simple descubrimiento al usar pequeñas cantidades de pernos o tornillos en las juntas, en cambio de los métodos tradicionales de usar amarres o sogas, pudiendo por primera vez descubrir la verdadera fuerza natural y la flexibilidad de la guadua, un grueso bambú latinoamericano, para construir bóvedas al estilo de una catedral y techos de nueve metros capaces de soportar 10 toneladas métricas. Sands tras construir cientos de casas en Hawai y resorts en Bali con Bambú, quiere ahora incursionar en Estados Unidos, donde su reto incluye el tema de las bajas
24
temperaturas y lidiar con inspectores de obras que no conocen las bondades del bambú, mientras el arquitecto DeBoer, en San Francisco, afirma que las estructuras de bambú sirven para cualquier clima, una vez aisladas de los elementos con las bases adecuadas.
Este artículo sirvió como material de apoyo para el diseño de las juntas entre elementos
de
bambú,
además de
dar a
conocer
sus
propiedades
y
comportamiento en diferentes tipos de climas.
“El bambú usado como material de construcción“. Ponencia del XXI Congreso de Centroamérica y Panamá de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Arq. Nelly Belinda Falck. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional Autónoma de Honduras (UNAH). Honduras. 1998. Aquí se hace referencia a que existen pocas especies maderables que tengan tantas ventajas como el bambú, el hecho de que se llegue a usar correctamente depende de “la voluntad” que se tenga en conocer estas “posibilidades” y la decisión de utilizarlo. Este breve artículo tiene como objetivo, dar a conocer en una forma concisa las potencialidades del bambú para promover su uso en Honduras, expone temas como la sostenibilidad del cultivo y sus diferentes usos (forestales, constructivos y agrícolas).
En cuanto al aporte de este artículo, permitió conocer las ventajas que ofrece el bambú sobre otras maderas y materiales utilizados en la construcción, además de mostrar lo sencillo y sostenible de su proceso de cultivo.
“Estudio de las propiedades mecánicas de haces de fibra de Guadua Angustifolia”. Trabajo de Grado. Ing. Luís Moreno Montoya; Ing. Lina Rocío Osorio Serna; Ing. Efraín Trujillo de los Ríos. Departamento de Ingeniería Industrial. Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales. Colombia. 2006. Este estudio abarcó la determinación de las propiedades mecánicas de los haces de fibra de
Guadua Angustifolia en función de tres factores: edad del culmo, altura del culmo y espesor de pared, con el propósito de evaluar la posibilidad de que dichos haces puedan ser utilizados como fase de refuerzo en materiales compuestos. Utilizando el ensayo de tensión se obtuvieron los siguientes resultados: resistencia a la tensión máxima promedio 642,58 MPa, módulo de elasticidad promedio 26,61 GPa, porcentaje de elongación promedio 2,4. Los haces de fibra que presentaron mayor resistencia a la tensión promedio fueron los intermedios para todas las edades, el mayor módulo de elasticidad promedio se presentó en haces de fibra exteriores de culmos maduros y el menor porcentaje de elongación se presentó en haces de fibra exteriores del culmo.
Esta investigación sirvió para conocer las diferentes propiedades mecánicas del bambú (resistencia, elasticidad y porcentaje de elongación), en sus diferentes edades, alturas y espesores.
2.2 Fundamentos Teóricos
2.2.1 Bambú o Guadua Angustifolia El bambú ha sido desde hace siglos una pieza vital para muchos pueblos en su desarrollo. Sin este recurso el desarrollo de muchos países como Filipinas, China, Canadá, Colombia, Senegal o Francia y
alrededores habrían sido totalmente
diferentes.
Fueron primero los colonizadores y luego los campesinos y maestros de la construcción los encargados de darle a la guadua la importancia que se merece, su valor depende de la aplicabilidad y del espacio físico donde la misma se utilice.
Aunque se tenga referencia sobre su uso principal en territorios menos desarrollados, existen cada vez más las construcciones sustentadas con este material natural, ecológico y denominado como el acero vegetal. La guadua es una especie forestal representada por esbeltos y modulados tallos que enaltecen el paisaje de los valles interandinos. La guadua es larga, recta, uniforme en su desarrollo, liviana, hueca, resistente, suave, de rápido crecimiento, de bello color e imperceptiblemente cónica.
Conocido como "la gramínea maravillosa”, el bambú crece en zonas templadas de todo el mundo, especialmente en Asia y América Latina y se distingue por su resistencia estructural, liviandad y hábitat perenne.
Una vez que se siembra, estará ahí toda la vida. Mientras un árbol maderable demora en crecer 15 o 20 años, un bambú apenas necesita cinco años. Ya se está reconociendo el bambú como recurso económico, protector de la tierra y fuente de ingresos. Las familias campesinas saben que si siembran hay industrias que se lo compran, propiciándose así un nuevo tipo de economía. El bambú tiene innumerables usos por sus características físico-mecánicas que garantizan elementos estructurales para falsa obra, pisos, paredes, tabiques, puertas, ventanas, artesanías y otros, sirviendo también para contribuir en la preservación de cuencas hidrográficas, quebradas y laderas erosionadas, que proporcionan una eficiente recuperación de los suelos por su gran capacidad de amarre del sistema rizomático (donde hay agua no se seca el río y el agua es potable), y además aporta al entorno un mejoramiento paisajístico, aportando color, armonía y purificación ambiental.
Para ejecutar construcciones adecuadas con guadua, es indispensable conocer y ejecutar correctamente el proceso preliminar de cultivo y obtención del material, además requiere de un proceso de inmunización, ya que la planta está
amenazada por agentes bióticos (plagas), entre los que encontramos roedores, escarabajos y otros insectos.
Pocas especies maderables se han conocido que tengan tantas ventajas como el bambú, el hecho de que se llegue a usar correctamente en nuestro país depende de “la voluntad” que tengan los que lleguen a conocer estas “posibilidades” y se decidan a utilizarla.
La Guadua Angustifolia se encuentra en estado natural en Colombia, Ecuador y Venezuela, en donde forman colonias dominantes conocidas popularmente como “guaduales” concentrados principalmente en la región andina, entre los 0 y 2000 metros sobre el nivel el mar; se observa principalmente a la orilla de ríos y quebradas, en el pie demente de la cordillera, en los bosques montanos medio y bajo y en los valles interandinos. La Guadua Angustifolia ha sido introducida a varios países de Centroamérica y del Caribe, e inclusive al Asia, Norteamérica y Europa.
2.2.2 Características generales de la planta El bambú es una planta gramínea, botánicamente se clasifica en los Cormofitos, dentro de la subdivisión de los espermatofitinios (Fanerógamas):
• Clase: Angiospermas • Subclase: Monocotiledóneas • Orden: Gluminofloralejo • Familia: Gramineaopoaceae • Subfamilia: Bambusoideae • Tribu: Bambusae o Poaceae
Dentro de la subfamilia Bambusoideae existen aproximadamente 90 géneros en los que se clasifican las 1250 especies que se conocen dentro de cinco (5) tribus:
• Anomochloeae Olyreae • Buerge • Siochioeae • Sreptochacteae • Bambusae
La especie bambusae es la más utilizada en la Industria de la construcción por ser la mas resistente, dentro de la que se encuentra la Guadua Angustifolia como la especie de mayor aplicación y utilidad. Morfológicamente se encuentran en el grupo de las plantas leñosas cuya clasificación se puede observar en la figura 2.1
Fig.2.1 Gramíneas Bambusoides, clasificación Fuente: Vélez y otros (2008).
2.2.3 Propiedades Físico-Mecánicas Una característica de todo producto de la naturaleza es su variabilidad; la guadua como tal es buen ejemplo de ello. No existen dos pedazos de guadua iguales, aun siendo parte del mismo tallo o caña.
Se presentan condiciones del ambiente como son el suelo y el clima que afectan la tasa de crecimiento, así como la estructura, la forma y las propiedades de resistencia. Se pueden mencionar otros ejemplos que son fuentes de variación en las propiedades de la guadua como la presencia o ausencia de luz y las labores silviculturales en el guadual como la poda de ramas. Se puede concluir entonces, que la guadua es un material bastante heterogéneo en su constitución interna, producto del medio ambiente donde se desarrolle. Entre los 3 y 6 años de crecimiento, alcanza su máxima resistencia, en general llega a estas dimensiones promedio:
• Altura entre 18 y 30 m • Diámetros entre 8 y 18 cm • Espesores entre 2 y 2.5 cm. en el medio y de 1,5 hacia los extremos • Distancia entrenudos de 7 a 10 cm. en la base y de 25 a 35 cm. en el medio
En el diseño de una construcción el arquitecto o ingeniero debe garantizar seguridad, calidad, economía y durabilidad, aplicando su conocimiento científico y tecnológico. En el campo de la construcción, el comportamiento de los elementos estructurales tiene una fuerte relación frente a los diferentes esfuerzos a que se ven sometidos.
En el caso del bambú, las propiedades mecánicas dependen de las características físicas del material que en particular sea utilizado en la construcción y no corresponden a valores absolutos o comparables con otras muestras, ya que las condiciones y las resistencias varían notablemente.
Por la esbeltez, durante su crecimiento es sometido a fuertes cargas de viento, los tabiques de entrenudo producen rigidez y elasticidad, evitan su ruptura al curvarse (característica apropiada para construcciones sismorresistentes). Su crecimiento cónico constituye una desventaja, ya que se obtienen secciones de diámetros variables, pero a través de un proceso de cultivo de invernadero es posible obtener grosores de forma secuencial que logren facilitar la resolución de uniones, la bambusa guadua es abundante en Latinoamérica, su rápido crecimiento constituye una de sus principales ventajas. Es un material económico muy resistente a los esfuerzos de compresión, tracción y flexión.
2.2.4 Características de los componentes del guadual Un guadual ideal es aquel que se regenera o multiplica bajo los criterios de la sostenibilidad, máxima productividad y la rentabilidad equilibrada, debe contener en su estructura horizontal como mínimo entre el 65 y 70% de guaduas maduras, 20-25 de guaduas viches, del 5 al 10% de renuevos y entre el 2 y el 5% de guaduas secas.
•
Renuevo: Se considera el primer individuo de la fase de desarrollo, caracterizado porque
independiente del sistema de multiplicación del cual provenga, (reproducción o propagación) este siempre emerge con su diámetro definido, debido a que no
posee células de cambium o procambium que diferencian sus tejidos hacia fuera, haciéndolo engrosar; durante los primeros 30 días el crecimiento alcanza ratas de 4 a 6cm en 24 horas y el 60% de este, se realiza en horas nocturnas, condición que obedece a la presencia de auxinas. Después de los 90 cm. de altura el renuevo se estabiliza en un promedio de 9 a 11cm de crecimiento en 24 horas; esta recubierto totalmente de hojas caulinares que varían según el sitio y las condiciones climáticas donde se desarrolla el renuevo.
En términos generales en la fase de renuevo o rebrote, desde que emerge del suelo hasta que llega a su máxima altura, tarda entre 150 y 190 días (6 meses), variabilidad que depende de las condiciones de distribución de las lluvias y de la temperatura; posteriormente el tallo detiene su crecimiento, comienza el desprendimiento de las hojas caulinares y da paso a la formación de ramas básales y apicales, por activación de las yemas nodales.
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Guadua Joven “ Viche”: Esta fase se inicia cuando las hojas caulinares de la parte apical del culmo
comienzan a desprenderse, una a una dándole paso a las ramas primarias, que a su vez están cubiertas por hojas caulinares pequeñas, que en forma similar comienzan a caer para dar salida a las ramas secundarias.
Caracterizada por tener entrenudos de coloración verde intenso y lustroso, nudos con bandas nodales de color blanquecino, anchos de 2 a 3cm pubescencia de color café claro visibles en la parte superior del nudo o banda nodal, donde se encuentran además las yemas nodales sobresalientes que pueden o no activarse y dar origen a ramas inferiores o superiores. Los entrenudos son limpios e inicialmente blandos por carecer de lignificación completa, las paredes presentan
grosor que varia de acuerdo a biotipo entre 1 y 2.5cm, en este estado la guadua está cargada de humedad, siendo visible su conformación fibrosa.
En un guadual natural el individuo joven o viche tiene una transitoriedad de 6 a 24 meses y no ha logrado el grado de resistencia ideal para ser utilizado debido al alto contenido de humedad. Su cubierta externa o cutícula no se ha lignificado completamente; la parte inferior del tallo generalmente presenta coloración amarillenta.
•
Guadua Madura “Hecha”: Caracterizada por la desaparición en el tallo, del lustre del entrenudo,
coloración mas clara y se hace evidente la aparición de manchas de hongos color gris-claro, de forma redondeada a oblonga, con diámetros de hasta 3 cm.; cuando ha adquirido la configuración enunciada se puede decir que es apta para ser aprovechada ya que el tallo esta en el optimo grado de resistencia y normalmente tiene edad superior a los dos y medio años. Es la única fase apta para el aprovechamiento de los tallos; comúnmente se les llama “Hecha o gecha”. Por la evolución intrínseca del guadual, este tipo de tallo se encuentra en mayor proporción en el interior y menor en su periferia.
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Guadua Sobremadura: Los hongos y líquenes comienzan a desaparecer del tallo, hasta cuando
empieza a observarse hongos en forma de plaquetas alargadas y de color rojizo. En este momento se inicia la decoloración y el tallo se va tornando amarillento, indicativo del inicio de la finalización del ciclo vegetativo.
•
Guadua Seca: Las guaduas adultas no aprovechadas están completamente degradadas,
debido a la pérdida de humedad y por consiguiente escasa o nula actividad fisiológica, el tallo se torna amarillento, presenta manchas rojizas en toda su longitud y disminuye hasta el 80% de la resistencia. En esta fase los tallos se hacen propicios para ser refugio o lugar de animación de aves.
El follaje se torna amarillento y hay defoliación de las ramas, es la fase final de los tallos y sus posibilidades de sostenibilidad o perpetuidad se acaban; termina el ciclo de vida y es conveniente retirarlas del guadual; su único uso es como leña o carbón.
2.2.5 Preservación e inmunización del bambú o guadua. La guadua al igual que la madera también contiene humedad, la cual es indispensable extraer, para obtener su mayor resistencia y controlar hongos y agentes que la puedan atacar. El material después del proceso de corte debe ser sometido a un proceso de secado, en este proceso se contrae y obtiene su color amarillo, al estar seca pierde toda la savia y no es tan propensa al ataque de hongos. A continuación se explican los métodos mas comúnmente utilizados para el secado del material:
•
Secado al aire: Este método consiste en apilar la guadua en cantidad suficiente en el suelo, se
coloca de manera horizontal y aire libre (mejor cubierto), teniendo precaución que no tenga contacto con el suelo, sobre alguna base que impida esto.
•
Secado en la mata: Después de cortada la guadua se deja con ramas y hojas recostada de forma
vertical, sobre otras guaduas del cultivo, debe estar aislado del suelo por medio de piedras u otro elemento. En esta posición se deja por un periodo de 4 semanas, después de lo cual se cortan sus ramas y hojas, y se deja secar dentro de un área cubierta bien ventilada. Este método es hasta ahora el que ofrece los mejores resultados, además los tallos no se manchan y conservan su color.
•
Secado al calor: El secado al calor se realiza colocando las cañas de guadua de forma
horizontal sobre brasas de madera, a una distancia apropiada, evitando que pueda ser quemada por las llamas y girándolas constantemente, este las brasas se deben colocar en una pequeña excavación de unos 30cm o 40cm de profundidad. Este proceso se debe hacer a campo abierto.
Posteriormente después del proceso de secado, la guadua debe someterse a un tratamiento preservativo, con la finalidad de prevenir el ataque de insectos y hongos, que son los principales agentes “enemigos”, este proceso debe ser lo suficientemente eficiente para evitar problemas futuros en las construcciones. Su composición no debe
afectar sus propiedades físico-mecánicas, ni su color y
preferiblemente debe ser en estado líquido para que se pueda impregnar interiormente donde es más vulnerable, proceso que debe realizarse estando la guadua seca o curada.
2.2.6 El bambú y los movimientos sísmicos La mayoría de países de tradición constructiva con bambú, están ubicados en zonas geográficas donde ocurren con regularidad sismos de mediana y gran intensidad. Es necesario por consiguiente diseñar las edificaciones considerando esta solicitación y capacitarlas para responder adecuadamente.
Una de las razones por la cual el uso del bambú y la madera se hizo tan común en algunos países latinoamericanos fue su eficaz comportamiento ante la acción de los sismos. Algunos materiales y sistemas estructurales, o la combinación de unos con otros, serán mejores para resistir los efectos de un movimiento sísmico, y en este aspecto el bambú ofrece características excepcionales de buen comportamiento, dados su peso reducido y flexibilidad.
Las fuerzas que se presentan en las estructuras debido a las aceleraciones del sismo están directamente relacionadas con el peso de la edificación, por lo tanto, a mayor peso, mayores fuerzas de inercia y viceversa.
La constitución anatómica tubular y fibrosa del bambú le permite absorber energía de deformación que redunda en una mayor flexibilidad, retardando las fallas o roturas y permitiendo un comportamiento más dúctil
y aún cuando se
presenten movimientos sísmicos muy intensos las características de absorción y disipación de energía le permiten mostrar ese comportamiento dúctil, absorbiendo y amortiguando sin fallar, efectos mayores a los previstos. Esta propiedad es muy ventajosa para asegurar el menor daño a los ocupantes de una edificación en esas circunstancias.
2.2.7 Bambú versus concreto, acero y madera Desde el punto de vista mecánico, frente a requerimientos energéticos constructivos, de resistencia y rigidez por unidad de área, facilidad y seguridad de uso, el bambú se puede comparar de manera favorable con materiales de uso común como el concreto, el acero y la madera.
La gran versatilidad del bambú se debe en gran parte a su estructura anatómica y morfológica. La sección circular ahuecada presenta algunas ventajas estructurales en comparación con secciones macizas o rectangulares de otros materiales. “El bambú requiere solo el 57% de su masa cuando es usado como viga y solo un 40% cuando es usado como columna” (Janssen, 1988). Aunque la composición química de la madera y del bambú no defiere demasiado, el bambú es dos veces más rígido que la madera.
La razón de esto es aún desconocida y la hipótesis más creíble es la diferencia entre el ángulo de disposición de la celulosa, las microfibrillas y la célula-eje, siendo 20º para la madera y solo 10º para el bambú.
2.2.8 Bambú como refuerzo del concreto Una de las principales aplicaciones del bambú en combinación con otros materiales de construcción la constituye su empleo como refuerzo del concreto. Los primeros experimentos en este campo fueron realizados en 1914 por H. Chou en el Massachussets Institute of Technology, (USA), y posteriormente aplicados en China (1918), entre otros propósitos en la cimentación de puentes de ferrocarril.
Se han realizado investigaciones en países tales como China, India, Japón, Filipinas, México, Guatemala, EE.UU. y Colombia y aún en países sin mucha cultura del bambú como Alemania, Holanda, Italia y Egipto. Las investigaciones y trabajos experimentales ponen de manifiesto que el refuerzo de bambú en el concreto incrementa la carga límite de rotura del elemento de forma considerable, en comparación con lo previsible a ese mismo elemento sin reforzar. No obstante, existen varias limitaciones prácticas en el empleo del bambú como refuerzo del concreto.
La más importante es la dificultad de adherencia producida por las variaciones en los contenidos de humedad de cada material por tanto, gran parte de las investigaciones han sido enfocadas en esa dirección. Los datos experimentales a continuación se basan en el trabajo que durante el presente siglo han desarrollado investigadores tales como H. Glenn (1950), e Hidalgo (2000).
Los elementos de concreto que trabajan a flexión, al estar armados con bambú muestran resquebrajamientos que exceden considerablemente los previstos con un elemento no reforzado de las mismas dimensiones. El refuerzo de bambú aumenta la capacidad de carga en 4 ó 5 veces, con un porcentaje óptimo de refuerzo del 3 al 4% de la sección transversal. Por encima de este valor óptimo de refuerzo no hay aumento en la capacidad de carga. Al utilizar culmos enteros con un diámetro hasta de 4.0 cm, se observa que con piezas integrantes de fijación transversal no hay deslizamiento del bambú y la curva de flexión de carga conserva su forma lineal hasta la rotura, también se reduce la flexión total.
El bambú partido desarrolla una mayor capacidad de carga que los culmos enteros. La carga máxima que soporta un elemento de concreto reforzado con bambú depende de la resistencia a la tracción del bambú, de la resistencia a la
compresión del concreto y, lo más importante, de la cohesión entre el concreto y el refuerzo longitudinal del bambú.
La resistencia límite a la rotura por tracción de algunas especies de bambú en tensión directa, es aproximadamente la misma que la del acero suave en su límite de fluencia. Por término medio oscila entre 1.400 y 2.800 kg/cm2. Fue este elevado valor lo que atrajo la atención de los investigadores para la utilización del bambú como refuerzo. Pero en la práctica no ha sido posible aprovechar toda la resistencia del bambú cuando está dentro del concreto como refuerzo; la escasa adherencia entre el bambú y el concreto, y el bajo módulo de elasticidad del bambú son los dos factores principales que impiden en la actualidad un aprovechamiento eficaz de la elevada resistencia a la tracción del bambú.
La capacidad de carga de las vigas reforzadas con bambú aumenta al aumentar la resistencia del concreto de una sección dada. El promedio de la resistencia a la rotura por compresión directa del bambú varía de 400 a 700 kg/cm2, con un valor del concreto 1:2:4= 158 kg/cm2.
Una desventaja importante del bambú como refuerzo es su elasticidad, y además la tendencia, si está ya seco, a absorber una gran cantidad del agua contenida en el concreto húmedo, lo que tiene como consecuencia la dilatación inicial y la contracción posterior a medida que se seca el concreto. Este fenómeno provoca la formación de grietas longitudinales en el concreto, reduciendo la capacidad de carga de los elementos y la adherencia entre el concreto y el refuerzo.
El resquebrajamiento es mayor cuando es elevado el porcentaje de refuerzo del bambú. El bambú verde utilizado como refuerzo también se contrae al secarse el concreto y la resistencia de adherencia es escasa.
La mayoría de las soluciones estudiadas coinciden en que el bambú debe recubrirse con una sustancia impermeabilizante. Glenn, (1944) recomienda recubrir las tablillas de refuerzo con una capa delgada de emulsión asfáltica. Un efecto contrario se puede producir si se aplica demasiada emulsión debido a que el refuerzo queda lubricado y por lo tanto pierde totalmente la adherencia.
Se propone también el uso de medios culmos (corte longitudinal) como refuerzo principal, secados previamente (20% humedad), e impregnados con un adhesivo (resina poliestérica o epóxica) en los extremos y en una longitud de 25cm., la parte restante con aceite de linaza y trementina. Pama (1976) recomienda tratamiento por inmersión del refuerzo en una solución al 2% de cloruro de cinc, o recubrimiento con un adhesivo de neopreno sobre lo cual se rocía la arena gruesa para lograr mayor adherencia. Fang et al (1976), propone un tratamiento de azufre-arena como recubrimiento, consistente en perforar parcialmente los tabiques de los nudos, y remover la capa externa brillante con un chorro de arena a presión, después de lo cual se envuelve con alambre para frenar el aumento de volumen y finalmente se sumerge en azufre derretido a 50ºC.
El principal problema de estos métodos de tratamiento es el sobrecosto. Se prevé que los estudios con bambú como refuerzo del concreto sigan su curso y poder encontrar nuevas vías de construcción.
2.2.9 Uniones estructurales del bambú El cálculo de elementos con guadua, al igual que con madera puede llevar a una situación muy peligrosa: que los elementos sean suficientemente fuertes para el trabajo deseado, pero que las uniones sean débiles. Todo el que ha trabajado
con guadua sabe que las uniones requieren de mucho cuidado y son el eslabón más débil.
La madera cuenta con múltiples tecnologías para solucionar las uniones. Para la guadua existen soluciones tradicionales, pero la dificultad se manifiesta cuando se trata de hacer uniones que soporten esfuerzos a tracción. Las cerchas que se han construido con guadua realmente no funcionan como tal, pues las uniones trabajan pobremente a tracción, generalmente son unos pocos clavos. Uno de los primeros en realizar un estudio académico de las cerchas de guadua fue el ingeniero holandés Dr. Jules Janssen quien en 1974 probó en la Universidad Tecnológica de Eindhoven (Países Bajos) más de 50 uniones diferentes con bambú filipino, con base en las cuales construyó 5 cerchas de 8 metros de luz, a las que sometió a esfuerzos.
Las cargas eran análogas a las de una cubierta en asbesto cemento o zinc. Primero diseñó una cercha similar a la montante maestro, y luego con base en los resultados planteó una similar a la Howe. Esta última resultó más resistente y rígida. Estas cerchas se probaron acostadas en el piso del laboratorio. Los diseños propuestos por Janssen son simples, y satisfacen las necesidades de una comunidad que necesita una cubierta. Estas propuestas de cerchas son válidas, y curiosamente no muy conocidas en nuestro medio.
•
Unión con lámina de acero: Utiliza un zuncho de acero, o abrazadera, que sirve como transición de
esfuerzos entre una sucesión de tornillos fijados a la pared de la guadua y un elemento conector que permita la construcción de la unión. Se utilizan 12 tornillos de 6.35mm (1/4”), 1x0.04m de lámina calibre 22 y un pasador de 1.58 cm. (5/8”).
Esta unión cuando falla “ahorca” a la guadua y provoca que se raje. Luego de que la lámina haya “ahorcado” la guadua, y que la cabeza de los tornillos se entierre en la pared de la guadua, se produce la falla. Su resistencia última promedio es de 9648 kgf. (96 kN). Su gran defecto radica en que sufre grandes deformaciones antes de fallar.
•
Unión con mortero y varilla: La segunda propuesta utiliza mortero. Al transmitir las cargas del mortero a las
paredes de la guadua por medio de una serie de varillas lisas de 6.35mm (1/4”) de diámetro. Su gran defecto radica en que el mortero falla rápidamente, seguramente se puede mejorar esta unión mejorando la calidad del mortero. La resistencia última promedio de esta unión es de 5970 kgf. (60 kN). Véase Fig. 2.2
Fig.2.2 Unión con mortero Fuente: Moreno y otros (2006). Estudiando las propuestas y resultados existentes lo más eficiente nos parece utilizar pasadores que transmitan la fuerza a un elemento de acero al interior de la guadua. Concluimos que el uso de varios pasadores medianos transmitiendo la
fuerza de la guadua a un elemento de acero que se conecta a una esfera nos parece lo más adecuado para una unión resistente, liviana y apta para estructuras espaciales. Sin embargo existen muchos tipos de uniones entre elementos de bambú que hay que considerar, algunas de ellas se pueden apreciar en la figura 2.3.
Unión con Cuerda
Unión Cónica
Unión con Tornillos
Unión con Platina
Unión con Boca de Pescado
Unión con Madera
Fig.2.3 Diferentes tipos de uniones entre elementos de bambú Fuente: Moreno y otros (2006).
2.2.10 Importancia Ambiental La guadua es una planta que aporta múltiples beneficios para el medio ambiente y el hombre, sus productos cuando son empleados como elementos
integrales de la construcción de viviendas funcionan como reguladores térmicos y de acústica, además el rápido crecimiento de la Guadua permite según el “estudio aportes de biomasa aérea” realizado en el centro nacional para el estudio del Bambú-Guadua, producir y aportar al suelo entre 2 y 4 ton/ha/año de biomasa, volumen que varia según el grado de intervención del guadual; esta biomasa constituye entre el 10 y el 14% de la totalidad de material vegetal que se genera en un guadual. La biomasa es importante, ya que contribuye a enriquecer y mejorar la textura y estructura del suelo. El aporte anual de biomasa general de un guadual en pleno desarrollo oscila entre 30 y 35 ton/ha/año.
Entre los aportes más valiosos de la especie se debe mencionar su comportamiento
como
una
bomba
de
almacenamiento
de
agua,
cuyo
funcionamiento es el principio de “vasos comunicantes” donde en épocas húmedas absorbe importantes volúmenes de agua que almacena tanto en su sistema rizomático como en el tallo. Se ha determinado, según estudios realizados en la hacienda Nápoles, municipio de Montenegro (sabogal 1983) y en el centro nacional para el estudio del bambú-guadua (Giraldo, 1996) que una hectárea de guadua puede almacenar 30.375 litros de agua, es decir, el agua para 150 personas por día (se asume un consumo promedio de 200 litros/día/persona). En época de verano cuando se percibe la necesidad de agua en el suelo, la que se encuentra almacenada en la planta es aportada de manera paulatina al suelo (esponja que suelta líquido).
Los guaduales cumplen en sus zonas de crecimiento por el mundo, papel relevante puesto que han propiciado la existencia y sostenibilidad de flora, microflora, entomofauna, mamíferos, aves, reptiles y anfibios. Se resalta que en estos nichos ecológicos o comunidades es la especie dominante y a ella se asocia vegetación muy variada y numerosa que le permite conformar una estructura vertical triestratofitica, característica de las sociedades vegetales altamente
desarrolladas y evolucionadas que tolera una amplia interrelación entre los diferentes componentes del sistema.
2.3 •
Definición de Términos Básicos. Bambú: Planta tropical o subtropical, perteneciente a diversos géneros y especies de la familia de las gramíneas, de tallos leñosos y huecos (semejantes a las cañas), de aproximadamente 15 cm de diámetro y que alcanzan hasta 30 m de altura, muy duros y resistentes; de sus nudos superiores nacen ramitas muy cargadas de hojas grandes de color verde claro y flores agrupadas en espigas. Se emplea en la fabricación de muebles, utensilios de cocina, bastones y flautas, e incluso en la construcción de casas; los brotes tiernos son comestibles.
•
Biodegradable: Es el producto o sustancia que puede descomponerse en sus elementos químicos que los conforman, debida a la acción de agentes biológicos, como plantas, animales, microorganismos y hongos, bajo condiciones ambientales naturales.
•
Columna: Es el elemento estructural vertical empleado para sostener la carga de la edificación. es un elemento sometido principalmente a compresión, pero pueden diseñarse también para soportar flexión (flexo compresión).
•
Compresión: Este esfuerzo se produce cuando una fuerza tiende a comprimir o aplastar un miembro. Este esfuerzo se presenta en las columnas de edificaciones, así como en algunas barras que conforman distintos tipos de armaduras.
•
Corte: Se produce un esfuerzo cortante cuando dos fuerzas iguales, paralelas y de sentido contrario tienden a hacer resbalar, una sobre otra, las superficies contiguas del miembro. Este esfuerzo que es muy común se presenta en la mayoría de los elementos estructurales, y por ejemplo en vigas cabe señalar que existen 2 tipos de esfuerzo cortante, el vertical y el horizontal; y por lo general las fallas por cortante en vigas de madera se deben al esfuerzo cortante horizontal, y no al vertical.
•
Culmo: se refiere a un falso tallo de cualquier tipo de planta.
•
Déficit: es la falta o escasez de algo que se juzga necesario.
•
Ductilidad: es la propiedad que tiene un material de soportar grandes deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión.
•
Ecología: se encarga de estudiar la relación entre los seres vivos y su ambiente, entendido como la suma de los factores abióticos (como el clima y la geología) y los factores bióticos (organismos que comparten el hábitat). La ecología analiza también la distribución y la abundancia de los seres vivos como resultado de la mencionada relación
•
Esfuerzo: Es una fuerza con base en la unidad medida de área.
•
Flexión: tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. Este tipo de esfuerzo por lo común se genera por la aplicación de momentos llamados momentos flexionantes (sobre todo en vigas), produciendo esfuerzos flexionantes (tanto de compresión como de tracción).
•
Fundación: Es aquella parte de la estructura que tiene como función transmitir en forma adecuada las cargas de la estructura al suelo y brindar a la misma un sistema de apoyo estable
•
Gramíneas: Planta monocotiledónea, de tallas cilíndricos, huecos, con nudos llenos, hojas alternas y largas, con flores en espiga y granos secos.
•
Guadua Angustifolia: es una especie botánica de la subfamilia de las gramíneas Bambusoideae, que tienen su habitad en la selva tropical húmeda a orillas de los ríos. Propia de las selvas sudestes venezolanas, y se extiende por Guyana, Brasil, Colombia, Perú, así como en algunos países de America Central y Asia.
•
Ignición: ocurre cuando el calor que emite una reacción llega a ser suficiente como para sostener la reacción química.
•
Luz o claro: distancia libre entre dos apoyos.
•
Pandeo: es un fenómeno de inestabilidad elástica que puede darse en elementos comprimidos esbeltos y que se manifiesta por la aparición de desplazamientos importantes transversales a la dirección principal de compresión
•
Pudrición: Degradación, descomposición y destrucción de madera por presencia de hongos xilófagos y ambiente húmedo. La presencia parcial de putrefacción implica una creciente reducción de la resistencia. Debe evitarse a toda costa.
•
Resistencia: se refiere a la capacidad de los sólidos deformables para soportar tensiones sin alterar su estructura interna o romperse.
•
Tracción: Es un esfuerzo que se produce cuando una fuerza tiende a estirar o alargar un miembro. La cuerda inferior y ciertas almas de miembros de armaduras y cabios atirantados trabajan a tracción. Si se conoce la fuerza total de tracción axial (denotado por P) en de tracción se encuentra a partir de la fórmula básica del esfuerzo directo.
•
Vida útil: duración económica probable de una edificación.
•
Viga: Es un elemento constructivo lineal que trabaja principalmente a flexión, la longitud predomina sobre las otras dos dimensiones y suele ser horizontal
•
Vivienda: lugar cerrado y cubierto que se construye para que sea habitado por personas. Estas edificaciones ofrecen refugio a los seres humanos y les protegen de las condiciones climáticas adversas, además de proporcionarles intimidad y espacio para guardar sus pertenencias y desarrollar sus actividades cotidianas.
•
Vivienda de Interés Social: son aquellas que se desarrollan para garantizar el derecho a la vivienda de los hogares de menores ingresos.
2.4. Sistema de Variables
2.4.1 Variable Bambú como alternativa ecológica y elemento estructural para viviendas de interés social.
2.4.2 Definición Conceptual Evaluación de las propiedades ecológicas y estructurales del bambú para llevar a cabo la elaboración de viviendas de interés social.
2.4.3 Definición Operacional Es necesario realizar el estudio de las propiedades tanto ecológicas como estructurales del bambú, con la finalidad de conocer su comportamiento para su inclusión como nuevo material en la construcción de viviendas de interés social sencillas, económicas y amigables con el ambiente.
2.4.4 Cuadro de Variables
Objetivo General: Caracterizar el bambú como alternativa ecológica para la construcción de viviendas de interés social.
Objetivo
Variable
Sub-Variables o dimensiones
Indicadores
Identificar las
térmico
propiedades
Propiedades
ecológicas del bambú
ecológicas del
como material de
bambú
construcción
Analizar el
Bambú como
comportamiento del
material de
bambú como
construcción para
Bambú como
elemento estructural
viviendas de interés
elemento estructural
para la construcción
social
principal
de viviendas de interés social
Proponer un diseño de vivienda de interés social aplicando el bambú como material principal de construcción
Aislamiento acústico y
Diseño de vivienda con bambú
-
Capacidad reproductiva y de crecimiento
-
Biodegradabilidad
-
Bambú como viga
-
Bambú como columna
-
Resistencia a Compresión
-
Resistencia a Tracción
-
Resistencia a Flexión
-
Resistencia al Corte
-
Resistencia al Fuego
-
Vivienda Unifamiliar
-
Área de Construcción
-
Dimensionamiento de Vigas
-
Dimensionamiento de Columnas
CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
Este capítulo corresponde al tercer paso del trabajo de grado, el cual es la guía para obtener los datos necesarios y abarca los siguientes aspectos: el tipo de investigación y estudio, así como los instrumentos de recolección de datos.
3.1 Tipo de investigación El presente estudio es de tipo descriptivo. Las investigaciones descriptivas miden o evalúan diversos aspectos o componentes del fenómeno a investigar. Para Dankhe citado en Hernández y otros (2003), los estudios descriptivos buscan especificar las propiedades, características y los perfiles importantes de personas, grupos, comunidades, procesos, objetos o cualquier otro fenómeno que sea sometido a análisis. Es decir, miden, evalúan o recolectan de manera más bien independiente, los datos sobre diversos conceptos o variables, aspectos, dimensiones o componentes a los que se refieren. En un estudio descriptivo se selecciona una serie de cuestiones y se mide o recolecta información sobre cada una de ellas, para así, valga la redundancia, describir lo que se investiga.
Las investigaciones descriptivas se centran en medir con la mayor precisión posible, requieren considerable conocimiento del área que se investiga para formular las preguntas específicas que se busca responder y pueden ofrecer también
la
posibilidad
de
hacer
predicciones
rudimentarias (Hernández y otros, 2003).
incipientes,
aunque
sean
51
Se considera descriptiva a esta investigación, ya que se enuncian e identifican las propiedades ecológicas del bambú cuando se utiliza como material de construcción, así como también se analiza el comportamiento y las características del mismo cuando se usa como elemento estructural. Del mismo modo, se indican los tratamientos necesarios que se le hacen al bambú para su óptimo rendimiento, vida útil, seguridad y protección. Además, se enuncia y define la clasificación de los elementos que forman parte de la planta o guadual, así como los tipos de conexiones o uniones existentes. Finalmente se propone un diseño de vivienda tomando en cuenta todas las propiedades y características tanto ecológicas como estructurales, de la misma manera que se consideran las ventajas y desventajas que implica el bambú como material de construcción.
3.2 Diseño de la Investigación El término diseño se refiere al plan o estrategia concebida para obtener la información que se desea (Hernández y otros, 2003).
El diseño es el planteamiento de una serie de actividades sucesivas y organizadas, que deben adaptarse a las particularidades de cada investigación y que indican los pasos y pruebas a efectuar y las técnicas a utilizar para recolectar y analizar los datos.
Este trabajo se ajusta dentro de lo que se conoce como investigación documental ya que se utilizan técnicas muy precisas, de la documentación existente, que directa o indirectamente, aportan la información que permite redescubrir hechos, sugerir problemas, elaborar hipótesis, entre otros, con la finalidad de ser base a la construcción de conocimientos. Este tipo de investigación depende fundamentalmente de la información que se recoge o
consulta en documentos, entendiéndose este término, en sentido amplio, como todo material de índole permanente, es decir, al que se puede acudir como fuente o referencia en cualquier momento o lugar, sin que se altere su naturaleza o sentido, para que aporte información o rinda cuentas de una realidad o acontecimiento.
Por otra parte, según Hernández y otros (2003), se trata de un diseño no experimental, ya que se realiza sin manipular deliberadamente las variables; y lo que se hace en ésta es observar fenómenos tal y como se dan en su contexto natural, para después analizarlos. En este tipo de estudio no se construye ninguna situación sino que se observan situaciones ya existentes, no provocadas intencionalmente.
Dentro de su carácter de diseño no experimental, a su vez se trata de un estudio transversal dado que se recolectan datos en un solo momento, en un tiempo único. Su propósito es describir variables y analizar su incidencia e interrelación en un momento dado (Hernández y otros, 2003).
Se puede decir que esta investigación es transversal descriptiva, ya que se estudia y analiza al bambú como alternativa ecológica en la construcción de viviendas de interés social, utilizando fuentes de información documentales sin realizar experimentos o ensayos de campo y se recolectan los datos en un momento único.
3.3 Unidad de Análisis Para Hernández y otros (2002), la unidad de análisis corresponde a la entidad mayor o representativa de lo que va a ser objeto específico de estudio en una
medición y se refiere al qué o quién es objeto de interés en una investigación, en pocas palabras son los elementos sobre los que se focaliza el estudio.
Es en estos elementos en los que recae la obtención de información y deben ser definidos con propiedad, es decir precisar, a quien o a quienes se va a aplicar la muestra para efectos de obtener la información.
Según Hernández y otros (2003), debe existir una coherencia entre los objetivos de la investigación y la unidad de análisis de la misma, es por ello que para la presente investigación se determinó como unidad de análisis al bambú como material ecológico de construcción, con el fin de presentarlo como una nueva alternativa en una sociedad preocupada por el ambiente y a su vez mostrar las ventajas que ofrece al momento de implementarse en la construcción de viviendas de interés social.
3.4 Técnicas de Recolección de Datos Según Tamayo y Tamayo (2001), las técnicas de recolección de datos son las distintas formas o maneras de obtener la información deseada para la elaboración de una investigación. Éstas dependen en gran parte del tipo de investigación y del problema planteado por la misma y puede efectuarse desde la simple ficha bibliográfica, observación, entrevista, cuestionario o encuesta.
Una de las herramientas empleadas para el desarrollo del presente estudio fue la observación,
que no es más que el uso sistemático de los sentidos en la
búsqueda de los datos que se necesitan para resolver un problema de investigación. Según Hernández y otros (2003), la observación consiste en el registro sistemático y confiable de comportamientos o conductas manifiestas. Es
un elemento fundamental de todo proceso investigativo; en ella se apoya el investigador para obtener el mayor número de datos y es un procedimiento empírico por excelencia, el más primitivo y a la vez el más usado.
Dentro del tipo de observación, la presente investigación se caracteriza por ser documental. Ésta es la que se realiza, como su nombre lo indica, apoyándose en fuentes de carácter documental, esto es, en documentos de cualquier especie tales como, los obtenidos a través de fuentes bibliográficas, hemerográficas o archivísticas. Según Balestrini (2006), ésta se define como una lectura general de los textos, que se inicia con las búsqueda y observación de los hechos presentes en los materiales escritos consultados que son de interés para la investigación a propósito de extraer los datos bibliográficos útiles para el estudio que se está realizando.
Como técnica de observación documental se utilizó la consulta de libros especializados de los cuales se obtuvieron los datos necesarios para analizar el comportamiento estructural del bambú, su resistencia a las distintas solicitaciones y demás características que lo hacen apto para la construcción. La búsqueda en la red también resultó de gran importancia puesto que es un medio actualizado que muestra las novedades, las más recientes investigaciones, artículos y estudios especiales que permitieron identificar las propiedades ecológicas del bambú cuando se usa como material de construcción. Todo esto para posteriormente proponer el diseño de una vivienda de interés social en la cual se utilice al bambú para confeccionar sus elementos principales, garantizando buenas condiciones de seguridad y confort.
3.5 Fases de la Investigación 3.5.1 Identificación de las propiedades ecológicas del bambú • Revisión documental. • Identificación de las ventajas ecológicas del bambú como planta y recurso explotable para la industria de la construcción. • Identificación de los beneficios ecológicos que ofrece el bambú cuando es aplicado en una vivienda.
3.5.2 Análisis del comportamiento del bambú como elemento estructural • Revisión documental. • Análisis de la resistencia del bambú a los distintos esfuerzos (tracción, flexión, compresión y corte). •
Análisis del comportamiento de los elementos de bambú cuando se usan como viga o columna.
• Estudio del tipo de fundaciones a utilizar cuando se trabaja con bambú. • Análisis de la resistencia al fuego que opone el bambú en su estado natural y el bambú preparado para la construcción.
3.5.3 Propuesta de un diseño de vivienda de interés social aplicando el bambú
• Selección del modelo arquitectónico de la vivienda. • Determinación de las consideraciones generales de diseño.
• Determinación de las solicitaciones a las cuales están sometidas las estructuras. • Dimensionamiento de los elementos estructurales de la vivienda basado en la información documental previamente revisada. • Diseño y acabado de los cerramientos de la vivienda (paredes) basado en la información documental previamente revisada.
CAPÍTULO IV
ANÁLISIS Y PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS
Según Risquez y otros (1999), este capítulo lo constituye el análisis y presentación de los resultados obtenidos en la investigación.
4.1 Resultados El Bambú es un “pasto gigante”, sus muchas especies se encuentran en clima trópico y templado en Asia, América y África (Véase Fig. 4.1). Algunas especies son tan pequeñas que se las puede comer y otras son muy grandes y resistentes.
Fig. 4.1 Distribución del bambú en el mundo Fuente: Obermann y Laude (2004).
58
En general, el bambú crece muy rápidamente y puede llegar a una altura de 10 a 20 metros en menos que un año. Tiene la forma de un tubo ligeramente cónico y el diámetro exterior puede variar de 3 a 25 centímetros según la especie.
La “Guadua Angustifolia” es una de las muchas especies del bambú. Su diámetro exterior tiene un promedio entre 12 y 18 centímetros y un espesor entre 2 y 4 centímetros. La guadua llega en sólo 6 meses a una altura hasta 12 metros y obtiene su madurez después de 3 años. Gracias a su alta resistencia, la guadua es la especie mas utilizada de bambú en America Latina, y es por eso que esta investigación se refiere específicamente a ella.
4.1.1 Propiedades Ecológicas del Bambú
4.1.1.1 Propiedades ecológicas del bambú como planta y recurso explotable Bambú como generador de biomasa La guadua es una planta que aporta múltiples beneficios para el medio ambiente y el hombre, su rápido crecimiento permite producir y aportar al suelo entre 2 y 4 toneladas por hectárea al año de biomasa, volumen que varia según el grado de intervención del guadual; esta biomasa constituye entre el 10 y el 14% de la totalidad de material vegetal que se genera en un guadual. La biomasa es importante, ya que contribuye a enriquecer y mejorar la textura y estructura del suelo.
Bambú como protector del suelo Los rizomas y hojas en descomposición conforman en los suelos símiles de esponjas, evitando que el agua fluya de manera rápida continua, con lo cual se propicia la regulación de los caudales y la protección del suelo a la erosión. El sistema entretejido de rizomas y raicillas origina una malla, que les permite comportarse como eficientes muros biológicos de contención que controlan la socavación lateral y amarran fuertemente el suelo, previniendo la erosión y haciendo de la guadua una especie con función protectora, especial para ser usada en suelos de ladera de cuencas hidrográficas.
Bambú y agua El agua proveniente de la lluvia que cae sobre el guadual, permanece mucho tiempo en él, toma diversos caminos y tarda mas tiempo en caer al suelo, dando como resultado la “regulación de caudales,” ya que si la misma cantidad de agua se precipitara sin obstáculos ocasionaría crecidas súbitas y no se formarían reservas que
son
empeladas dentro del sistema
cuando se
requiere,
especialmente en épocas de verano.
Entre los aportes más valiosos de la especie se debe mencionar su comportamiento
como
una
bomba
de
almacenamiento
de
agua,
cuyo
funcionamiento es el principio de “vasos comunicantes” donde en épocas húmedas absorbe importantes volúmenes de agua que almacena tanto en su sistema rizomático como en el tallo, se ha determinado, que una hectárea de guadua puede almacenar 30.375 litros de agua, es decir, el agua para 150 personas por día (se asume un consumo promedio de 200 litros/día/persona).
Ventajas de un rápido y espontáneo crecimiento Una de las ventajas principales del bambú es su rápido y espontáneo crecimiento, que para algunas especies dependiendo de la región, en los periodos más lluviosos del año, es superior a un metro de altura por día. Esta característica lo hace muy apto para la reforestación al mismo tiempo que ayuda a purificar el aire produciendo oxigeno y absorbiendo una gran cantidad de dióxido de carbono, hecho que contribuye a disminuir el efecto invernadero a nivel mundial.
Para cultivar el bambú no son necesarios pesticidas ni herbicidas. También son poco necesarios los fertilizantes, porqué muy frecuentemente el crecimiento espontáneo de la planta se realiza cerca de pantanos, ríos y riachuelos, donde reciben naturalmente una buena cantidad de abono natural.
Recurso renovable, sostenible y biodegradable Al tratarse de una planta con tantas propiedades ecológicas que crece tan fácilmente y sin necesidad de volver a sembrarla, el bambú es un recurso totalmente renovable cuya explotación controlada y bien planeada no representa ningún peligro para el ecosistema y el ambiente, lejos de ello si se empieza a utilizar en el sector de la construcción se disminuiría en gran medida el consumo de
otros
recursos
mas
comúnmente
usados
que
no
son
renovables,
representando un gran daño para el ambiente y siendo grandes fuentes de contaminación. Por estas razones el bambú representa una opción hacia el desarrollo sostenible de la construcción y de una sociedad preocupada por el ambiente y el planeta.
Todos los desechos que se produzcan a partir del bambú son totalmente biodegradables, ya que al tratarse de una planta su descomposición se produce
de manera natural y no causa ningún daño ambiental. Los fragmentos y otros desperdicios pueden ser usados como combustible, para la calefacción, la cocina, y para realizar otros productos que necesitan del calor de un horno, además se pueden usar como pulpa para fabricar papel y tejidos.
Explotación del Bambú Respecto a la explotación del bambú como material para la construcción, se puede decir que es bastante rentable, ya que por su rápido crecimiento puede ser muy competitivo, además supone grandes ventajas energéticas y económicas por el bajo consumo de energía necesario para transformar el material de bambú, que no necesita ser cortado (si no a sus extremidades), no debe ser pintado (a veces ni siquiera tiene que ser cubierto por una capa de laca), la mano de obra no necesita alto grado de conocimiento y experiencia, solo requiere herramientas sencillas y rudimentarias y los procesos de curado y preparación son sumamente sencillos sin la necesidad de un alto consumo energético ni procesos industriales.
La manipulación del bambú desde el lugar donde crece (guadual) hasta la obra necesita muy poca energía, la diferencia de la cantidad de energía y gastos que se necesita en su proceso es muy grande con respecto al acero, concreto, madera u otros materiales en obras parecidas.
Si el bambú lograra reemplazar la madera o el acero en algunas construcciones, la tala de la selva tropical y las explotaciones que ponen en riesgo al ambiente se disminuirían por una demanda que cambiaría. Incluso, se han hecho estudios que demuestran que si se incrementase la producción de bambú se podría sacar de la pobreza a 750.000 personas para el año 2020, reduciendo también en gran parte la fabricación de productos más contaminantes.
4.1.1.2 Beneficios ecológicos del bambú cuando es aplicado a una vivienda La guadua es una planta que aporta múltiples beneficios para el medio ambiente y el hombre, sus productos cuando son empleados como elementos integrales de la construcción de viviendas funcionan como reguladores térmicos y de acústica, su gran durabilidad, su sismo resistencia, su poco peso, su fácil manejo y colocación lo hacen apto para la este tipo de construcciones. Además si por alguna razón la estructura llegase a colapsar no causaría muchos daños dado su poco peso y su reconstrucción seria fácil y rápida.
Además de todos los beneficios ecológicos que de por si supondría el uso masivo del bambú para la construcción de viviendas y edificaciones, implicando reforestaciones para explotaciones controladas y en mayor medida la disminución de la fabricación y consumo de recursos no renovables comúnmente utilizados, el bambú cuando se utiliza en una vivienda también trae consigo beneficios ecológicos específicos de gran importancia que se pueden evidenciar en la edificación misma.
Pocos desperdicios, ahorro de energía y mano de obra La confección de estructuras y edificaciones con bambú es bastante sencilla, no requiere de mano de obra especializada, ni de productos industriales y químicos para su corte, curado y preparación. En si el bambú es cortado de los guaduales con herramientas como machetes y trasladados fácilmente a la obra. Ya en el sitio el proceso constructivo no tiene mucha complejidad y no genera casi desperdicios como lo haría el acero, el concreto y la madera que son los materiales mas usados en el país, y en todo caso si así fuera estos desechos además de ser biodegradables y no contaminar pueden utilizarse como combustible o reciclarse para producir otros productos.
Aislamiento térmico Se sabe que el aislamiento térmico está dado por la resistencia que opone la “envoltura” de la edificación al paso del calor. El bambú, por su anatomía de tabiques o entrenudos con aire en su interior, y en general por su naturaleza porosa, se constituye en un excelente material aislante térmico. En consecuencia, el coeficiente de transmisión de calor requerido en una edificación de acuerdo con las condiciones ambientales locales, puede ser obtenido mediante un buen empleo del material, con la definición de sistemas constructivos adecuados e incrementado con materiales aislantes.
Los espacios de aire encerrados entre los revestimientos interior y exterior de un muro (cámara) poseen una apreciable resistencia a la transmisión del calor. Esto hace una gran diferencia y marca una importante ventaja del bambú sobre otros sistemas constructivos, y es que no solo garantiza temperaturas mas agradables dentro de la edificación brindando comodidad y confort a sus habitantes sino que a su vez reduce el consumo de energía eléctrica excesivo producido por los aires acondicionados en las zonas de altas temperaturas exteriores, siendo mucho mas eficiente y representando indirectamente otra gran propiedad ecológica para cuidar el ambiente e inclinándose siempre hacia el desarrollo sostenible.
Aislamiento acústico Aislar supone impedir que un sonido penetre en un medio o que salga de él. Por ello, para aislar, se usan tanto materiales absorbentes, como materiales aislantes. Al incidir la onda acústica sobre un elemento constructivo, una parte de la energía se refleja, otra se absorbe y otra se transmite al otro lado. El bambú
cumple muy bien esta labor, ya que se trata de un aislante acústico natural, y es que la celulosa que contienen sus fibras lo hacen bastante eficiente.
En una vivienda, este es un factor muy importantes para garantizar comodidad y tranquilidad a los ocupantes, y cuando los cerramientos (paredes y muros) se construyen con bambú se logra un buen resultado, que puede mejorarse aun mas si se colocan mallas metálicas, laminas de madera o esterillas de bambú para luego sellarlas con una capa de barro o frisar con mortero, dando un buen acabado a la superficie y aumentando la eficiencia de los materiales.
4.1.1.3 Desventajas del bambú Así como existen propiedades que hacen que el bambú tenga grandes ventajas cuando se utiliza en la construcción, por ser un recurso natural y una planta también posee algunas desventajas que vale la pena mencionar, aquí se nombran algunas de ellas:
-
El comportamiento del bambú puede variar un poco con respecto a la especie, sitio donde crece, edad y contenido de humedad.
-
El bambú es un recurso natural que no se puede estandarizar.
-
En Venezuela aún no existe ningún código oficial que ofrezca una norma de clasificación para el uso estructural del bambú.
-
Necesita un buen proceso de curado para protegerlo de hongos e insectos.
4.1.2 Comportamiento del Bambú como Elemento Estructural
4.1.2.1 Resistencia del bambú a los distintos esfuerzos Resistencia a la Tracción La prueba de tracción es uno de los ensayos de materiales más comunes para determinar propiedades mecánicas; sin embargo, para la guadua no ha resultado tan común, pues quienes se habían interesado por estudiarla siempre indagaron acerca del comportamiento del tallo completo, y se encontraban con cierta dificultad al tratar de sujetarlo para halar de él sin que los efectos locales del mecanismo de sujeción lo dañaran. Quizá sea esa la razón por la que casi no se cuenta con registros de datos de ensayos a tracción; en consecuencia se optó por hacer el ensayo con latas de guadua, y mas recientemente con latas de guadua ahusadas (Véase Fig. 4.2) para facilitar
el
agarre
INTERNATIONAL
de
las
NETWORK
probetas FOR
según
la
recomendación
del
BAMBOO AND RATTAN (IMBAR)
STANDARD FOR DETERMINATION OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF BAMBOO, que trata de homologar los ensayos de bambú a partir de 1999.
Fig. 4.2 Latas de guadua, entera y ahusada Fuente: INBAR (1999)
Con el uso de estas últimas probetas, se proporciona una buena zona de agarre y además se induce a que la falla ocurra hacia el centro de la probeta, donde las tensiones son más uniformes y fáciles de calcular. Los resultados de los ensayos de tracción se muestran en la distribución de la gráfica 4.1, donde se observa que la tendencia es normal, los datos se agrupan alrededor de la media, 53.51 Mega Pascales (MPa), con una desviación estándar de 11.6 MPa. Con base en este gráfico se determinará un valor de diseño para tracción.
Grafica 4.1 Histograma de resistencias máximas a la tracción Fuente: López y Trujillo (2001) El valor de diseño por esfuerzos admisibles a tracción se obtiene utilizando un criterio según el cual, el esfuerzo resistente en condiciones últimas es el que corresponde al limite de exclusión del 5% (es decir, se espera que de toda la
población de dicha especie, solo el 5% tenga una resistencia menor), ordenando los resultados de los ensayos en forma creciente, el valor que define el limite de exclusión del 5% es el ensayo número 0.05*n , siendo n por lo general un número pequeño de muestras, en este caso 30.
Limite de exclusión = 0.05*30 = 1.5 ≈ 1 El esfuerzo último corresponde al valor más bajo registrado en los ensayos. ų = 35.25 MPa Para determinar el esfuerzo admisible se debe reducir el esfuerzo último con varios factores de seguridad; en el caso de la tracción se utilizan dos:
-
FS = 1.2 (Factor de servicio y seguridad, mediante el cual se busca exigir el material por debajo del limite de proporcionalidad).
-
FDC = 1.11 (Factor de duración de carga).
1 FS * FDC adm adm
* 0,75 * 35.25 26.4MPa
Este valor de esfuerzo admisible a tracción paralela, es aplicable solo a latas de guadua, para el caso en el que se tengan elementos de guadua rolliza sometidos a tracción el análisis se debe concentrar en la unión.
Resistencia a la compresión Para el ensayo de compresión la altura de la probeta debe ser entre 1 y 2 veces el diámetro, para que el ensayo resulte evaluando las propiedades del material, sin que sea afectado por efectos secundarios como el pandeo. La gráfica 4.2, muestra la distribución de las resistencias máximas a compresión. El comportamiento de las columnas esta condicionado por la longitud de las mismas, por lo que, para hacer esta distribución se trató de dejar a un lado el problema del pandeo, las columnas largas e intermedias fueron convertidas en cortas y sus resistencias máximas a compresión convertidas en resistencias máximas para columnas equivalentes de longitud 0.12 m, mediante un procedimiento aproximado.
O b s e r v a c i o n
Grafica 4.2 Histograma de resistencias máximas a la compresión Fuente: López y Trujillo (2001)
Dentro del intervalo central, se localiza el 31% del total de la población y entre los dos más importantes suman el 56% de los ensayos, apenas un 29% está por debajo del intervalo más importante, mientras que por encima está el 40%.
A continuación
en el cuadro 4.1 se puede observar el resumen de los
resultados obtenidos a compresión.
Cuadro 4.1 Resumen de resultados a compresión
Longitud (m)
Probeta
Promedio (Mpa)
Desviación estándar (Mpa)
C.V
0,12
30
47,7
10,23
0,21
0,5
61
42,46
11,66
0,27
1,0
42
36,28
6,36
0,18
2,0
44
26,36
4,82
0,18
3,0
41
16,77
4,91
0,29
Fuente: López y Trujillo (2001)
Para conseguir el valor de diseño por esfuerzos admisibles a compresión, se uso la gráfica 4.3, de la cual se obtiene el valor del esfuerzo último para 5%, percentil correspondiente a una resistencia de 28 MPa. Se optó por utilizar este criterio por tratarse de una población considerable.
Grafica 4.3 Frecuencias acumuladas de esfuerzos últimos a compresión Fuente: López y Trujillo (2001) Para determinar el esfuerzo admisible se debe reducir el esfuerzo último con varios factores de seguridad; en el caso de la compresión se utilizan dos:
-
FS = 1.6 (Factor de servicio y seguridad, mediante el cual se busca exigir el material por debajo del límite de proporcionalidad).
-
FDC = 1.25 (Factor de duración de carga).
1 FS * FDC adm adm
* 0,5 * 28 14MPa
Resistencia a Flexión Una viga constituye un miembro estructural que se somete a cargas que actúan transversalmente al eje longitudinal. Las cargas originan acciones internas, o resultantes de esfuerzo en forma de fuerzas cortantes y momentos flexionantes, éstos son función de la distancia x medida sobre el eje longitudinal.
Al realizar el análisis de una viga se debe tener en cuenta que los mayores esfuerzos son los normales (perpendiculares a la sección). Cada fibra de la viga esta sometida a tracción o compresión (esto es, las fibras están en un estado de esfuerzo uniaxial).
Así, los esfuerzos normales que actúan sobre la sección transversal varían linealmente con la distancia "y" medida a partir de la superficie neutra. Se debe tener en cuenta que los esfuerzos máximos se presentan en los puntos más alejados del eje neutro. En el caso de la guadua esto sería igual a un radio exterior. Para calcular los esfuerzos máximos de flexión en una viga de guadua se utiliza la siguiente ecuación:
x
My I
Donde: σx = Esfuerzo normal máximo. M = Momento máximo (PL/6). y = Radio exterior. I = Momento de inercia.
Los ensayos realizados en la Universidad Nacional sede Medellín (Colombia) se hicieron teniendo en cuenta la norma del INBAR para ensayos de flexión “INBAR STANDARD FOR DETERMINATION OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF BAMBOO”.
Los parámetros de diseño para las probetas fueron el no utilizar aquellas de menos de 0.7 m, para prevenir el aplastamiento (debido a que en probetas cortas, no se alcanza la flexión pura), ni mayores a 1.4 m y además debían tener 4 nudos (los dos de los extremos para los apoyos y dos centrales para la aplicación de las cargas). Los resultados de los ensayos se pueden ver en la gráfica 4.4.
En la gráfica 4.4, se muestra la distribución de las resistencias de todos los ensayos disponibles de flexión, se observa que los datos tienen una marcada tendencia hacia las resistencias más bajas, nuevamente se pone de manifiesto la gran dificultad que involucran los ensayos de flexión, que en la mayoría de los casos son dominados por fallas debidas a efectos locales como el aplastamiento. De todas formas la resistencia media es 37.5 MPa, con una desviación estándar de 19.4 MPa y un coeficiente de variación de 0.52.
Puesto que los dos intervalos iniciales representan el 45% del total de la muestra, que la dispersión de la misma es excesivamente alta y que no presenta una distribución normal, no es aplicable el criterio utilizado anteriormente para obtener valores de diseño a flexión, pues como ha quedado demostrado, en estos ensayos no se pudo eliminar la influencia del aplastamiento y en contados casos se alcanzó la falla por flexión pura.
Grafica 4.4 Histograma general de resistencias a la flexión Fuente: López y Trujillo (2001) A raíz de lo anterior, ingenieros de la Universidad Nacional sede Bogotá (Colombia) realizaron el trabajo de investigación “Comportamiento de la Guadua Angustifolia sometida a Flexión” (2001), y desarrollaron una metodología mas completa en la determinación de los esfuerzos a flexión, en sus ensayos se utilizaron probetas cortas de 0.5m y 1 m, además de elementos largos de 1.5m, 2m, 2.5m y 3m.
Para prevenir el efecto del aplastamiento de las probetas se rellenaron los cañutos con mortero de cemento en los apoyos y en los puntos de aplicación de las cargas.
Eliminado el problema del aplastamiento se presentan solo dos tipos de fallas; por cortante en probetas cortas y por flexo-compresión en probetas largas.
Los resultados de esta investigación son: -
Para elementos cortos (< 1.5m) el módulo de elasticidad mínimo es de 3000 MPa, el módulo de elasticidad promedio es de 6500 MPa y el esfuerzo admisible a flexión es 10.7 MPa.
-
Para elementos largos (>1.5m) el módulo de elasticidad mínimo 6000 MPa, el módulo de elasticidad promedio es de 11500 MPa y el esfuerzo admisible a flexión es de 15 MPa.
Sin embargo para el diseño de elementos se recomienda utilizar los resultados para probetas largas, porque los elementos cortos tienden a fallar por cortante y/o aplastamiento.
Resistencia al Corte El esfuerzo cortante medio τm, se define como:
m
V A
Cuando el esfuerzo cortante es generado por acción de fuerzas directas que tratan de cortar el material, se trata de cortante directo o simple; el esfuerzo cortante se presenta también de manera indirecta en miembros que trabajan a tracción, torsión y flexión. La distribución de esfuerzos cortantes sobre una sección, se sabe que es mayor en el centro y se hace nula en los extremos.
Las pruebas de laboratorio que se detallan a continuación, se realizaron con el objeto de determinar la resistencia máxima de la guadua al esfuerzo cortante y con base en la propuesta de normativa para ensayos de bambúes, INBAR STANDARD
FOR
DETERMINATION
OF
PHYSICAL
AND
MECHANICAL
PROPERTIES OF BAMBOO.
En la gráfica 4.5, se muestra la distribución de las resistencias al corte de las 30 probetas. El comportamiento es dominado por dos intervalos donde se concentran el 70% del total de las muestras. La media es 6.87 MPa y se localiza en el segundo intervalo más importante. La desviación estándar fue de 1.7 MPa que resulta pequeña comparada con los ensayos de tracción, compresión y flexión, lo que muestra una homogeneidad en la resistencia al corte de la guadua. El coeficiente de variación resultó 0.25 que por tratarse de un material natural es aceptable.
Grafica 4.5 Histograma de resistencias máximas al corte Fuente: López y Trujillo (2001)
El valor de diseño por esfuerzos admisibles a esfuerzo cortante, utiliza el mismo criterio que para el valor de diseño a tracción, en el cual, el esfuerzo resistente en condiciones últimas es el que corresponde al límite de exclusión del 5%.
Limite de exclusión = 0.05*30 = 1.5 = 1 Es decir, el esfuerzo último corresponde al valor más bajo registrado en los ensayos. μ= 4.31 MPa Para determinar el esfuerzo admisible se debe reducir el esfuerzo último con varios factores de seguridad. En el caso del esfuerzo cortante se utiliza:
FS = 1.5 (Factor de servicio y seguridad, mediante el cual se busca exigir el material por debajo del limite de proporcionalidad).
1 FS adm adm
* 0,66 * 4,31 2,84MPa
Esfuerzos máximos promedios y admisibles para la guadua Para el diseño de elementos estructurales de guadua, se pueden utilizar los valores de esfuerzos admisibles, junto a sus respectivos esfuerzos máximos
promedio obtenidos de los ensayos. Los mismos se encuentran sintetizados en el cuadro 4.2, que se muestra a continuación:
Cuadro 4.2 Esfuerzos máximos promedios y admisibles para la guadua
Ensayo
Φ
σ medio (Mpa)
σ adm (Mpa)
Tracción
0,75
53,5
26,4
Compresión
0,5
43,3
14
Flexión
0,48
Corte
0,66
15 6,9
Modulo de Elasticidad E (Mpa)
11500
2,84
Fuente: López y Trujillo (2001)
4.1.2.2 Comportamiento de los elementos de bambú como viga y columna Bambú como Viga Los elementos sometidos a flexión son elementos horizontales o casi horizontales que soportan cargas perpendiculares, o casi perpendiculares a su eje. Vigas, viguetas y correas son algunos ejemplos. Este procedimiento de diseño se basa en los resultados de la tesis de grado “Comportamiento de la Guadua Angustifolia sometida a flexión” de los ingenieros civiles Edwin Prieto y Jorge Sánchez (Universidad Nacional sede Bogotá, Colombia, 2001).
El procedimiento de diseño adaptado para la guadua consta de siete pasos, los cuales se nombran a continuación:
1) Definir bases de cálculo. a) Cargas a considerarse en el diseño. b) Deflexiones admisibles. c) Luz de cálculo y espaciamiento.
2) Efectos máximos: máximo momento flector M y máxima fuerza cortante V. 3) Establecer los esfuerzos admisibles de flexión, corte, compresión perpendicular y módulo de elasticidad.
4) Calcular el momento de inercia I, necesario por deflexiones. 5) Calcular el módulo de sección S, necesario por resistencia. 6) Seleccionar la sección mayor de las calculadas en los pasos 4 y 5. 7) Verificar el esfuerzo cortante.
1.b) Deflexiones admisibles La guadua es un material sumamente elástico y flexible, y se deforma mucho antes de fallar, sobre todo los elementos de gran longitud. Sin embargo en una construcción no se pueden tolerar grandes deformaciones en vigas y viguetas, porque tiene un aspecto desagradable, porque puede dañar un cielo raso y porque
estaría asociado a grandes vibraciones. Todo esto implica que es necesario asegurar la rigidez al igual que la resistencia.
Para determinar las deflexiones admisibles se debe considerar las deflexiones diferidas, es decir las causadas en el tiempo y las deflexiones cortas, es decir las vibraciones.
Las deflexiones diferidas se calculan con la suma de la carga muerta, más la carga viva. Sin embargo la carga muerta se incrementa en un 80% debido a la fluencia plástica del material. Una vez se determina cuanta va a ser la deflexión diferida se asegura que sea menor que:
-
L / 300 en edificaciones con cielo raso.
-
L / 250 en edificaciones sin cielo raso.
-
L / 200 en edificaciones industriales o en techos inclinados
Las vibraciones se calculan sólo con la carga viva. Esta deflexión debe ser menor que:
-
L / 350 en todo tipo de vivienda.
-
L / 480 si se desea minimizar la vibración.
“L” es la distancia entre caras de apoyos. Así por ejemplo una viga de 3.50 m no debe deflectarse más de 1 cm debido a la carga viva.
Las deflexiones causadas por una carga distribuida sobre una viga simplemente apoyada se calculan con la fórmula:
máx
5wl 4 384EI
1.c) Luz de cálculo o espaciamiento Cuando se utilizan elementos de guadua como vigas, viguetas o correas, si se tiene problemas de resistencia o rigidez, una solución simplemente consiste en acercar entre si los elementos para reducir la luz de cálculo, siempre y cuando las condiciones de diseño lo permitan.
3) Esfuerzos admisibles y módulos de elasticidad Cuando se estén diseñando vigas, correas o cualquier elemento sometido a flexión se utilizaran los esfuerzos admisibles y el modulo de elasticidad que se muestran en el cuadro 4.2.
4) Calculo del momento de inercia necesario Para que el elemento no se deforme excesivamente es necesario tener un momento de inercia (I) suficiente para que esto no ocurra. Transformando la ecuación de deflexión admisible se obtiene que:
I elemento
I necesario
3
5wl * K 384E
Donde I es el momento de inercia del elemento, w la carga distribuida, k la deflexión admisible (según el caso), y E el módulo de elasticidad. Este cálculo
debe hacerse dos veces, una por deflexiones diferidas (k = 200, 250 ó 300) y otra por vibraciones (k = 350 ó 480).
5) Calculo del modulo de sección necesario Para que el elemento no vaya a fallar es necesario tener un módulo de sección (Z ó S) suficiente para que esto no ocurra. El esfuerzo flector que sufre una viga es igual al momento flector dividido por el módulo de sección. m
M *c M I S
Esta ecuación puede ser reorganizada para obtener el módulo de sección necesario:
S elemento
S necesario
M fm
Donde S es el módulo de sección, M es el máximo momento flector y fm es el esfuerzo admisible a flexión de la guadua.
6) Calculo del momento de inercia y el modulo de sección del elemento Una vez que se sabe cuanto es el momento de inercia necesario y el módulo de sección necesario, se busca la guadua o configuración de guaduas que cumplan este requisito y tengan momentos de inercia y módulos de sección mayores. Para ello se pueden usar las fórmulas siguientes:
-
Para un solo elemento de guadua: 4
* d ext d4 int I 64 S
-
* dext 4 int d4 32d ext
Para dos elementos de guadua (uno sobre otro):
I
* dext
4
d int
*d4 S
ext
4
4
4d ext 32
2 d 4d intd ext 32d ext
2
* dint
2
2
* int
7) Verificación de esfuerzo cortante
Por último debe cerciorarse de que no vaya a ocurrir una falla por cortante. El esfuerzo cortante de un elemento sometido a flexión obedece a la fórmula:
máx
V A
Donde V es la fuerza cortante máxima en la sección y A es el área de la viga. Por ultimo se tiene que cumplir que:
máx
fv
Donde τmáx es el esfuerzo cortante máximo y fv el esfuerzo admisible al corte de la guadua.
Bambú como Columna En las estructuras de guadua es muy común encontrar elementos sometidos a compresión, tal es el caso de las columnas, pie-derechos y pie-de-amigos. Un elemento sometido a compresión esta por lo general de forma vertical dentro de la estructura y recibe cargas de tipo axial.
Este procedimiento de diseño se basa en la tesis de grado “Determinación de la resistencia a la compresión paralela a la fibra de la guadua de castilla” de los ingenieros José Martín y Lelio Mateus (Universidad Nacional De Colombia 1981). Esta estipula que el número de elementos de guadua para una columna se determina usando la siguiente formula:
Nc
Pu Ag * Fc
Donde Nc es el número de columnas, Pu la carga máxima, Ag el área de la guadua y Fc el esfuerzo a compresión admisible.
El procedimiento de diseño que se sigue para las columnas es el siguiente: 1) Definir bases de cálculo. a) Cargas a considerarse en el diseño. b) Condiciones de apoyo y factor de longitud efectiva.
2) Determinar esfuerzos máximos. 3) Establecer los esfuerzos admisibles, módulo de elasticidad y el coeficiente Ck. 4) Seleccionar una sección adecuada extraer las propiedades geométricas de la sección elegida.
5) Calcular la esbeltez λ 6) Calcular la carga admisible
Condiciones de apoyo y factor de longitud efectiva El diseño de elementos sometidos a compresión o flexo compresión debe hacerse tomando en cuenta su longitud efectiva (lef), esta no es más que la longitud teórica de una columna equivalente con articulaciones en sus extremos. Esta longitud de la columna doblemente articulada es la que interviene en la determinación de la carga máxima por pandeo que puede soportar una columna. Esta se obtiene multiplicando la longitud, l, por un factor de longitud efectiva, k, que considera las restricciones o el grado de empotramiento que sus apoyos extremos le proporcionan.
lef k * l Esbeltez A diferencia de las columnas de madera aserrada cuya sección es por lo general de forma rectangular lo que hace que tenga una dirección más débil que la
otra en la guadua no se presenta esto dado que es simétrica en todas las direcciones.
En columnas de guadua la esbeltez esta dada por la expresión:
l
Rg
Donde λ es la esbeltez, i es el radio de giro y l la longitud de la columna. Entonces el radio de giro se calcula mediante la siguiente formula:
Rg
I A
Donde I es el momento de inercia de la sección y a es el área. Simplificando lo anterior nos queda:
2
Rg
d ext d 4
2 int
El valor del coeficiente Ck corresponde al punto donde las columnas intermedias pasan a ser largas en la grafica 4.6 de esfuerzo contra esbeltez.
Ck 2,72
E fadm
Clasificación de columnas de guadua -
Columnas Cortas λ < 30.
-
Columnas Intermedias 30 < λ < Ck.
-
Columnas Largas Ck < λ < 150.
-
λ > 150 es inaceptable
Grafica 4.6 Esfuerzo vs. Esbeltez Fuente: Martín y Mateus (1981) En la grafica 4.6, la nube de puntos representa todos los ensayos a compresión recopilados y la línea verde es la línea de tendencia de los mismos. Cada punto representa el esfuerzo al que la probeta fallo, utilizar la línea de tendencia de dichos puntos para diseñar elementos a compresión además de
arriesgado, seria irresponsable; es por eso que se utiliza el criterio del percentil 5 y los factores de seguridad.
La línea de color violeta representa el percentil 5 ósea que solo el 5% de los resultados quedaron por debajo de esta línea, finalmente a este resultado se le aplica los factores de seguridad mencionados anteriormente y obtenemos la curva de esbeltez para columnas de guadua en la línea naranja.
Para poder diseñar elementos a compresión se requiere una grafica 4.7, de esbeltez en el caso de la guadua es la siguiente:
Grafica 4.7 Curvas de esbeltez para guadua Fuente: Martín y Mateus (1981)
En la grafica 4.7, la línea azul corresponde a la curva de esbeltez para entramados o conjunto de pie-derechos mientras la línea violeta es la curva de esbeltez para una columna sola.
Columnas cortas Las columnas cortas (λ < 30) normalmente fallan por compresión o aplastamiento. Su carga admisible puede calcularse como:
f adm * A
Padm
Donde Padm corresponde a la carga axial admisible, fadm es el esfuerzo admisible para compresión paralela a la fibra y A es el área de la sección.
Columnas intermedias Las columnas intermedias (30< λ deflexión vibraciones 1,2>1,021 0,857>0,236 OK OK 2) Momento Flector, Fuerza Cortante a) Fuerza total viga W (kg)= 1727,71 b) Momento Mmáx (kg*m)= 1554,94 c) Fuerza cortante Vmáx (kg)= 3109,87 3) Momento de Inercia (cm4) M Inercia elemento> M Inercia necesario M.i. diferida necesario M.i. vibraciones necesario K=1,021 53,936 K=0,236 12,381 4) Modulo de Sección Sx necesario (m3) Sx= 1036,627 5) Momento inercia (cm4) y Modulo de sección (m3) Para una viga de una guadua M.i. Elemento = 2161,049 Sx Elemento= 288,140 Se debe cumplir que: M.i. Elemento>M.i. necesario 2161,049 > 53,936 Diferida OK 2161,049 > 12,381 Vibraciones OK Sx Elemento>Sx Necesario 288,140 > 1036,627 FALLA
Para una viga con dos guaduas (una sobre otra) M.i. Elemento = 20152,489 Sx Elemento= 1343,499 Se debe cumplir que: M.i. Elemento>M.i. necesario 20152,489> 53,936 Diferida 20152,489 >1 2,381 Vibraciones Sx Elemento>Sx Necesario 1343,499 > 1036,627 6) Chequeo Esfuerzo Cortante Vmáx=3109,87 Para dos bambúes Tmáx=Vmáx/area*2 (kg/cm2) Tmáx= 24,442 Se debe cumplir que: Tadm>Tmáx 28,4 > 24,442
DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS Procedimiento de Diseño Pu actuante (kg) 5767,540 1) Numero de Guaduas (Ng) 1,457 ≈ 2 guaduas 2) Longitud Efectiva (cm) 154,00 3) Esbeltez (λ) 29,333 4) Factor CK 103,127 5) Clasificación de Columnas Cortas = Esbeltez> vu' 8,38 >> 0,50 OK Acero a Flexión Asmin = 14*b*d/fy fy= 4200 e= 0,20cm b=100cm d(+)=20cm d(-)=15cm As(+) = 6,7 cm2 As(-) = 5 cm2 Astemp=0,0018*b*e Astemp= 3,6cm2
Vista de frente de viga y columna
Vista lateral de vigas y columnas
Detalle de unión tipo Vélez, entre viga y columna
Ejemplo de unión tipo Vélez, entre viga y columna
Unión entre columna y fundación Vista frontal
DFF
Unión entre columna y fundación Vista lateral
Proceso de inyección de concreto o mortero
ANEXO 4 DISEÑO Y ACABADO DE CERRAMIENTOS
DETALLE DE PAREDES
Vista tridimensional
Vista frontal o lateral
Ejemplo de armado y construcción de cerramientos
Ejemplo de vivienda de bambú frisada