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PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICO MECÁNICAS DE LA GUADUA

BRIGITTE MATILDE CASTRILLÓN VALDÉS DIEGO MAURICIO MALAVER ZAPATA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AGRÍCOLA UNIDAD DE ESTRUCTURAS BOGOTÁ D.C 2004

PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICO MECÁNICAS DE LA GUADUA

BRIGITTE MATILDE CASTRILLÓN VALDÉS DIEGO MAURICIO MALAVER ZAPATA

TESIS DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL

Director CAORI PATRICIA TAKEUCHI TAN Ingeniera Civil

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AGRÍCOLA UNIDAD DE ESTRUCTURAS BOGOTÁ D.C 2004

NOTA DE ACEPTACIÓN ________________________________ ___________________________

_____________________________ ING. CAORI P. TAKEUCHI Directora del Proyecto de Grado

_____________________________ ING. GABRIEL GÓMEZ CORTÉS Jurado

____________________________________ ING. RICARDO MARTÍNEZ VARGAS Jurado

BOGOTÁ D.C., 1 DE JULIO DE 2004

Solo pregunto lo mismo que preguntaban en el colegio cuando se era niño:, ¿para que vivimos?, para sobrevivir no quisiera responder, para vivir tal vez sería la respuesta, vivir para solucionar problemas, vivir para no temer equivocarse y volver a empezar, vivir para entender la lógica de la naturaleza, si es que existe, pero sobretodo para luchar por nuestros sueños e ideales aunque sean inalcanzables (que contradicción lo de inalcanzable). La reflexión anterior no sólo se realizó para engordar más esta tesis, sino para resaltar que algunos corremos de un lado para otro con un afán desesperado, con una preocupación en el estómago o con un problema inventado, (y uno que otro cuento)... pero vuelvo a preguntar ¿para que vivimos? Recomendación: Definir el sabor de un helado de chocolate…

A Dios, la belleza pura que se puede descubrir. A mis queridos padres, Miguel y Myriam, por guiar mis pasos en la lluvia. A mis hermanos, por ser quienes son A mi cheli, Diego Julián, el ser al lado de mi ser Brigitte

A mi madre Flor y A mi hermana Yenny Diego

AGRADECIMIENTOS

A nuestras familias, por creer en nosotros y apoyarnos durante el desarrollo de la investigación, el curso de nuestra carrera y toda nuestra existencia. A Caori Takeuchi Tan, Ingeniera Civil, directora del proyecto de grado y profesora de la facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá, por su confianza al vincularnos al proyecto, por sus gratificantes orientaciones y enseñanzas durante el desarrollo del mismo y a lo largo de nuestra formación. Al programa Apoyo a Semilleros de Investigación de la facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá, por su apoyo para la realización del proyecto. A Guillermo Torres y Pastor Riaño, laboratoristas del Instituto de Ensayos e Investigaciones I.E.I. de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá, por su colaboración y experiencia. A todo el personal administrativo de dirección de carrera y de la facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá.

TABLA DE CONTENIDO

1

JUSTIFICACIÓN......................................................................................................... 13

2 OBJETIVOS ................................................................................................................ 15 2.1 OBJETIVOS GENERALES .............................................................................................................. 15 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................................ 15 3 GUADUA COLOMBIANA ............................................................................................. 16 3.1 POTENCIAL DE DESARROLLO ..................................................................................................... 16 3.2 VENTAJAS DEL TRÓPICO.............................................................................................................. 16 4 MARCO TEÓRICO ....................................................................................................... 17 4.1 CLASIFICACIÓN TAXONÓMICA.................................................................................................. 17 4.2 MORFOLOGÍA GENERAL DE LA GUADUA ................................................................................ 18 4.2.1 RIZOMA ............................................................................................................................................. 19 4.2.2 TALLO O CULMO ................................................................................................................................ 19 4.3 INFLORESCENCIA ........................................................................................................................... 21 4.4 FASES DE DESARROLLO DE LA GUADUA................................................................................. 21 4.5 PARTES DE UNA GUADUA Y SU UTILIZACIÓN ....................................................................... 23 4.6 CORTE ................................................................................................................................................. 24 4.7 CURADO Y SECADO ........................................................................................................................ 24 4.8 TRATAMIENTOS QUÍMICOS (PRESERVACIÓN DE LA GUADUA) .................................... 26 5 ANTECEDENTES ......................................................................................................... 28 5.1 NORMATIVIDAD EXISTENTE EN COLOMBIA ......................................................................... 28 5.2 PASADO Y PRESENTE DE LA GUADUA EN COLOMBIA........................................................ 29 5.3 CENTROS DE INVESTIGACIÓN ................................................................................................... 31 6

METODOLOGÍA .......................................................................................................... 32

7 JUSTIFICACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE ENSAYOS ....................................... 33 7.1 DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD............................................................. 33 7.2 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA ............................................... 34 7.3 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA...................................................... 36 7.4 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA........................................ 37 7.5 RESISTENCIA AL CORTE PARALELO A LA FIBRA ................................................................. 38 7.6 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN....................................................................................................... 38 8 DESCRIPCIÓN FOTOGRÁFICA ................................................................................... 40 8.1 EQUIPOS ........................................................................................................................................... 40 8.2 MONTAJES DE ENSAYOS............................................................................................................... 42

8.2.1 MONTAJE DE ENSAYO PARA FLEXIÓN............................................................................................... 42 8.2.2 MONTAJE DE ENSAYO PARA COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA ................................................ 44 8.2.3 MONTAJE DE ENSAYO PARA CORTE PARALELO A LA FIBRA. .......................................................... 45 8.2.4 MONTAJE DE ENSAYO PARA TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA. ......................................... 46 8.2.5 MONTAJE DE ENSAYO PARA TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA. .................................................... 47 8.3 FALLAS ................................................................................................................................................ 48 9

PROTOCOLOS DE ENSAYOS....................................................................................... 52

9.1 DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD EN PROBETAS DE GUADUA .......................52 9.2 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA DE CILINDROS DE

GUADUA .......54

9.3 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA DE GUADUA .........................................63 9.4 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA DE CILINDROS DE GUADUA ....67 9.5 RESISTENCIA AL CORTE PARALELO A LA FIBRA DE CILINDROS DE GUADUA .........................73 9.6 ESFUERZO MÁXIMO A FLEXIÓN DE GUADUA............................................................................80

10 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................... 87 11 BIBLIOGRAFÍA .......................................................................................................... 93

LISTA DE FIGURAS

Figura No. 1. Rizoma

16

Figura No. 2. Tipos de nudos, yemas y ramificaciones

18

Figura No. 3.

22

Curado en la mata

Figura No. 4. Curado por inmersión en el agua

22

Figura No. 5. Método de transpiración de las hojas

23

Figura No. 6. Anillos. Dispositivos ensayo compresión paralela a la fibra

51

Figura No. 7. Collarines tipo I

55

Figura No. 8. Vista 3D. Collarín tipo I

55

Figura No. 9. Collarines tipo II

56

Figura No. 10. Vista 3D. Collarines tipo II

56

Figura No. 11. Dispositivos de ensayos para tensión perpendicular a la fibra

63

Figura No. 12. Vista 3D. Dispositivo de ensayo Tensión perpendicular a la fibra.

64

Figura No. 13. Resistencia a la tracción perpendicular a la fibra.

65

Figura No. 14. Dispositivos de ensayos para corte paralelo a la fibra

71

Figura No. 15. Vista 3D. Dispositivo de ensayo

72

Figura No. 16. Dispositivo de apoyo y de carga para flexión.

76

Figura No. 17. Vista 3D. Dispositivo de apoyo y de carga.

77

Figura No. 18. Modelos de los ensayos a flexión

79

Figura No. 19. Diagrama de factor α vs. Deformación

80

LISTA DE FOTOS

Foto No. 1. Guadua angustofolia

17

Foto No. 2. Guadual

18

Foto No. 3. Culmo de una guadua angustofolia kunth

19

Foto No. 4. Inflorescencia en guadua angustofolia

21

Foto No. 5. Rebrote

22

Foto No. 6. Guadua joven “viche”

22

Foto No. 7. Guadua madura “hecha”

22

Foto No. 8. Guadua seca

22

Foto No. 9. Buen corte de la guadua

24

Foto No. 10. Corte en pocillo

24

Foto No. 11. Método de inmersión

26

Foto No. 12. Método de Boucherie modificado

27

Foto No. 13. Máquina SERVINTEGRAL Ltda

40

Foto No. 14. Máquina AMSLER tipo hidráulica

40

Foto No. 15. Deformímetro de vástago

41

Foto No. 16. Extensómetro

41

Foto No. 17. Balanza mecánica

41

Foto No. 18. Horno

41

Foto No. 19. Mordazas planas

41

Foto No. 20. Mordazas planas

41

Foto No. 21. Montaje de rieles

42

Foto No. 22. Rieles de carga y de soporte

42

Foto No. 23. Apoyos

43

Foto No. 24. Dispositivos de carga

43

Foto No. 25. Amarre

43

Foto No. 26. Montajes de dispositivos de ensayos

44

Foto No. 27.Montajes de dispositivos de ensayos

44

Foto No. 28. Parte inferior del dispositivo para Corte paralelo a la fibra

45

Foto No. 29. Parte superior del dispositivo para Corte paralelo a la fibra

45

Foto No. 30. Montaje de los dispositivos en máquina

45

Foto No. 31. Montaje del ensayo a Tracción perpendicular a la fibra

46

Foto No. 32. Vista lateral del montaje

46

Foto No. 33. Montaje del ensayo a Tracción paralela a la fibra

47

Foto No. 34. Extensómetro

47

Foto No. 35. Láminas de guadua de 50 cm de longitud

47

Foto No. 36. Ensayo a flexión. Falla por corte

48

Foto No. 37. Ensayo a flexión. Falla por corte

48

Foto No. 38. Ensayo a flexión. Falla por corte

49

Foto No. 39. Ensayo a corte paralelo a la fibra. Tipo de falla por Corte

49

Foto No. 40. Ensayo a tracción paralela a la fibra.

50

Foto No. 41. Falla por tracción paralela a la fibra

50

Foto No. 42. Falla por tracción perpendicular a la fibra

51

Foto No. 43. Las probetas ensayadas a tracción perpendicular a la fibra...

51

LISTA DE ANEXOS

ANEXO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA SOBRE PROPIEDADES FÍSICO MECÁNICAS DE LA GUADUA DESDE EL AÑO 1971 HASTA EL 2004. ANEXO 2. FORMATOS PARA ENSAYOS ANEXO 3. RESULTADOS DE ENSAYOS ANEXO 4. PLANOS DE DISPOSITIVOS DE ENSAYOS ANEXO 5. CATÁLOGOS DE DISPOSITIVOS DE ENSAYOS

1

JUSTIFICACIÓN

Debido al auge de la construcción con guadua en Colombia es necesario desarrollar una norma que recomiende procedimientos de diseño, valores de resistencias (últimas o admisibles), módulos de elasticidad,

tipos

de

uniones

y

otros

temas

encaminados

a

desarrollar

estructuras

sismorresistentes, funcionales y estéticas. Lo anterior se hace obvio al observar construcciones en guadua en la zona cafetera debido a que un buen porcentaje de las estructuras se caracterizan por tener las siguientes patologías: 1. Las construcciones no han sido desarrolladas con lógica estructural, observándose por lo tanto un exagerado número de elementos y un sobrediseño por falta de conocimiento en las propiedades físico mecánicas de la guadua. 2. No se tiene en cuenta la protección por diseño, permitiendo que el material sufra los embates del ambiente (sol, lluvia, cambios de temperatura) disminuyendo por esta razón su resistencia física. 3. No se ha tenido en cuenta los procesos constructivos (transporte, colocación, ensamble), de los elementos estructurales que puedan inducir cargas no previstas en el diseño 4. Se ha tratado de realizar uniones de la misma forma que la madera, induciendo debilitamiento en el material 5. No se identifica el tipo de sistema estructural que se quiere desarrollar (Pórtico, muros de carga, etc) 6. No se han tenido en cuento efectos torsionales en las construcciones (centro de masas no coinciden con centro de rigidez) 7. Se quiere realizar todo en este material (saturación), olvidando la existencia de otros materiales de construcción que puedan ser más eficaces en ciertos casos. 8. Las perforaciones hechas en la guadua para realizar uniones o para el proceso de inmunización no tratan de evitar ser colocadas en una misma fila. 9. No se rigidizan adecuadamente las estructuras.

Además de lo anterior, el interés por desarrollar una normatividad de ensayos se expresa en diferentes publicaciones desde hace 30 años, textualmente se cita a uno de los primeros investigadores sobre el tema de la guadua colombiana Oscar Hidalgo donde hace constar en su obra Bambú:

Sería el ideal tratar de establecer una serie de normas técnicas, basados en estudios experimentales que se realizaran sobre cada una de las diferentes especies de mayor uso en la construcción que permita al igual que la madera su aplicación técnica, particularmente como elemento estructural. Diferentes investigaciones hechas en Colombia han querido aportar respecto al conocimiento de las propiedades físico mecánicas de la guadua, pero debido a la falta de un documento guía para reproducir ensayos, han tratado de seguir procedimientos de la ASTM, ICONTEC y COPANT para maderas (VER ANEXO A), lo cual a sido difícil de reproducir por las diferencias anatómicas que existen entre la madera y la guadua. Todas estas investigaciones han publicado sus resultados sobre esfuerzos últimos a compresión, tensión y flexión, pero debido a que cada una de ellas ha desarrollado los ensayos de forma distinta, no pueden ser comparados ni analizados estadísticamente para definir unos esfuerzos de trabajo para el diseño de estructuras. Además, investigaciones desarrolladas en países tropicales como Costa Rica, Salvador, Brasil, Ecuador, Malasia, Indonesia, India y países como Japón y China han sufrido el mismo fenómeno que el colombiano y en algunas publicaciones1 se asegura que las investigaciones realizadas solo tienen alcance local, pues las características físicas y mecánicas dependen de las condiciones medioambientales in situ, no contando con los mismos genotipos y fenotipos en cada una de estas regiones y aun mas; ni siquiera en nuestro territorio colombiano se puede considerar la guadua como un material homogéneo en cada uno de sus departamentos y en cada uno de sus guaduales, ya que la guadua no es ni física ni geométricamente homogénea, cambiando en todas las direcciones, tanto longitudinal como transversalmente.

1

Comportamiento de guadua angustifolia solicitada a momento flector PRIETO y SÁNCHEZ. Estudio de elementos solicitados a compresión armados con dos o más guaduas URIBE, y DURAN

2

OBJETIVOS

2.1 OBJETIVOS GENERALES !" Contribuir a la normalización de ensayos de guadua, desarrollando PROCEDIMIENTOS DE ENSAYO PARA LA DETERMINACIÓN DE

PROPIEDADES FÍSICO MECÁNICAS DE LA

GUADUA. 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS !" Recomendar procedimientos para la elaboración de ensayos a compresión, tracción, flexión, y corte paralelo a la fibra de guadua, los cuales no existen para el medio colombiano. !" Hacer difusión de estos procedimientos de ensayo por medio de unos catálogos, para que sean comparados con otros procedimientos realizados en el país,

y así lograr en un futuro

la normalización de ensayos. Ver catálogo en Anexos. !" Desarrollar protocolos de ensayo para guadua, para aplicarlos en el laboratorio del instituto de ensayos e investigaciones (IEI), permitiendo que la Universidad Nacional sea reconocida en este tipo de ensayos. !" Desarrollar dispositivos para el montaje de ensayos de flexión, compresión paralela a la fibra, corte paralelo a la fibra, tracción perpendicular y paralela a la fibra y una descripción sobre su utilización.

3

GUADUA COLOMBIANA

3.1 POTENCIAL DE DESARROLLO Colombia ha generado planes para su desarrollo que no se contextualizan con su entorno. Guaduales que crecen a lo largo de los ríos son vistos como simple maleza, es tiempo de que se observen las ventajas de vivir en el trópico y que la guadua tenga el mismo significado que en el oriente asiático, símbolo de prosperidad. Este proyecto busca demostrar que Colombia posee una riqueza natural que ha sido despreciada, LA GUADUA, la cual revolucionara la ingeniería, logrando un impacto benéfico para la población menos favorecida, por ser un material económicamente sostenible e indudablemente sismorresistente. 3.2 VENTAJAS DEL TRÓPICO La zona cafetera caracterizada por sus suelos fértiles, su temperatura entre 20 +/- 5 oC, su régimen de lluvias y sus montañas bañadas por ríos y quebradas la hace una región fructífera, con un ambiente ideal para la silvicultura. En Colombia no solo en la región cafetera y Cundinamarca se encuentra guadua (Genero: Angustifolia, Amplexifolia, Superba y Weberbaveris), también se encuentran guaduales en el Valle del Cauca, en los Santanderes, en los llanos Orientales, en el Amazonas y cualquier otra región con características climáticas y edáficas que permitan su crecimiento; por lo tanto Colombia puede ser considerado como un productor innato de guadua de buena calidad.

4

MARCO TEÓRICO

La guadua es una gramínea nativa, de amplia distribución en América, donde ha cumplido un importante papel ambiental, sociocultural y económico. En Colombia se le encuentra ampliamente dispersa, conformando rodales (guaduales) casi puros que cumplen indiscutible efecto protector sobre el suelo, las aguas y las rondas de los ríos, contribuyendo a su recuperación y conservación. La guadua pertenece a la familia de las gramíneas, subfamilia Bambusoideas, supertribu Bambusodae. Se han clasificado más de 40 géneros con cerca de 450 especies. En Colombia se destaca por su abundancia el genero “guadua” y la especie “angustifolia”.

Foto No. 1. Guadua Angustifolia

Botánicamente el bambú está clasificado como Bambusodae, una tribu de la extensa familia de las Gramíneas, de la cual también hacen parte plantas como el maíz, la cebada y el trigo. 4.1 CLASIFICACIÓN TAXONÓMICA “Los primeros especímenes de guadua se recolectaron en 1.783, por el español Don José Celestino Mutis (1.732-1.808) durante la Real Expedición Botánica, y en 1.806, fueron estudiados por el taxónomo y naturalista francés Aimë Bonpland (1.773-1.858) y el naturalista y explorador alemán Alejandro Von Humboldt (1.788-1.859). Posteriormente, en 1.822, su compañero de clasificaciones botánicas, y el también alemán Karl Sigismund (1.788-1.850), conocido como Kunth, quien después de adquirir experiencia en la taxonomía de la familia de las gramíneas, decidió que los bambúes de América debían ser agrupados como un género diferente y no dentro del genero Bambusa, ya que la distribución es distinta al igual que la conformación de la palea, que es una estructura floral

(guadua con quillas aladas, bambusa no). Fue Kunth, quien clasificó la colección de plantas americanas reunidas por Humbolth y Bonpland y publicó en Paris la sinopsis entre 1.822y 1.825”2 “La especie guadua pertenece a las angiospermas o plantas con flores, consideradas bastantes complejas a pesar de ser muy familiares; pertenece a una de las familias más antiguas e importantes del reino vegetal “Las gramíneas” abundante en especie; se encuentra en todas las latitudes y se considera familia cosmopolita, posee unos 500 géneros y 8.000 especies”3 En Colombia existen cuatro especies del Género guadua: •

Angustifolia: Que se encuentra distribuida en gran parte de la región central Andina.

•

Amplexifolia: que se localiza en los llanos orientales, parte norte de la Orinoquía y la costa Atlántica.

• Una

Superba y weberbaueri: Ubicadas en la Amazonía y corredor chocoano del Pacífico. variedad,

llamada guadua angustifolia variedad bicolor; presenta cinco formas o biotipos

denominados vulgarmente: cebolla, macana, rayada negra, cotuda y castilla. El género guadua se considera el bambú más grande en cuanto a longitud y diámetro se refiere y económicamente el más interesante de América Latina, donde se encuentra ocupando áreas aledañas a ríos y quebradas y en los valles entre montañas formando las asociaciones llamadas Guaduales”4. Según el investigador McClure, entre los bambúes nativos del hemisferio occidental, la Guadua angustifolia, es la más sobresaliente en altura, propiedades mecánicas (resistencia y trabajabilidad), durabilidad de sus tallos e importancia que sus tallos han dado a la economía local de los lugares en donde se desarrolla. 4.2 MORFOLOGÍA GENERAL DE LA GUADUA La estructura de la Guadua está basada en un sistema de ejes

2

Foto No. 2. Guadual

GIRALDO, H. Edgar Y SABOGAL, O. Aureliano. Una alternativa sostenible: La Guadua. Corporación Autónoma Regional del Quindío C.R.Q., 1999, p. 31. 3 Ibíd. 4 GIRALDO, H. Edgar Y SABOGAL, O. Aureliano. Una alternativa sostenible: La Guadua. Corporación Autónoma Regional del Quindío C.R.Q., 1999, p. 31.

vegetativos segmentados, los cuales forman alternamente nudos y entrenudos, que varían en su morfología dependiendo del lugar de la planta al cual correspondan, es decir el rizoma, el tallo o las ramas. En cuanto a lo que corresponde al tallo y su estructura también varía dependiendo de la especie, variedad y/o biotipo a la cual pertenezca, así mismo como en alturas, diámetros, y forma de los nudos facilitándose así su clasificación. 4.2.1

Rizoma

Como en todas las plantas, el rizoma tiene una función muy importante, no sólo como órgano almacenador de los nutrientes y el alimento necesario para el desarrollo del resto de la planta, sino como elemento básico que permite la propagación de la guadua la cual se efectúa asexualmente por ramificación de los rizomas. El rizoma es la estructura soporte de la planta. Consta de dos partes: el cuello del rizoma, que carece de yemas; y del rizoma en sí, que es subterráneo y tiene raíces, yemas y brácteas. Normalmente los rizomas alcanzan profundidades de anclaje entre 1 y 3 metros. Una de las ventajas que presenta el bambú, debido al tipo de rizoma que posee el cual es fuerte y abundante, es que forma un sistema que se entreteje en el suelo, ayudando de esta forma a la conservación del suelo, principalmente en las rondas de los ríos.

Asimismo,

evita

la

erosión

que

se

produce

por

Figura No. 1. Rizoma

fuertes

vientos,

escorrentía

o

desmoronamientos del terreno contribuyendo así a la estabilización de laderas. 4.2.2

Tallo o Culmo

El culmo es el eje aéreo segmentado que emerge del rizoma y es la porción más útil del bambú. Los tallos de bambú se caracterizan por tener

forma

cilíndrica

y

entrenudos

huecos,

separados

transversalmente por tabiques o nudos que le proporcionan mayor rigidez, flexibilidad y resistencia. El tallo de la guadúa es un sistema modular el cual consta de nudos y entrenudos dispuestos axialmente. Foto No. 3. Culmo de una guadua angustifolia Kunth

El diámetro y el espesor de la pared del culmo disminuyen con la altura,

caso contrario, la

densidad y la longitud entre nudos aumenta con ésta. Su forma es cilíndrica y esbelta y puede alcanzar alturas promedio de 18 - 20 metros. El tallo se origina en el ápice del rizoma y el proceso de desarrollo del tallo se da a partir de que brota del suelo lo cual es la salida del rebrote ó cogollo. Lleva intrínseco la cantidad de nudos que va a poseer y con el máximo diámetro que tendrá de por vida. El crecimiento se realiza por el alargamiento o elongación

de los entrenudos comenzando por el inferior y terminando por el

último superior con el cual termina el crecimiento del tallo. Posteriormente crecen las ramas de las yemas en los nudos y sus hojas. Al alcanzar su desarrollo se inicia un proceso de sazonamiento ó maduración, donde llega a su mejor grado de aprovechamiento, esto ocurre entre los 3 y 6 años. Debido a su tejido delicado, el tallo está protegido con brácteas u hojas de forma triangular que lo recubren, las cuales se originan en cada uno de los nudos que se van formando. El crecimiento del entrenudo se sabe cuando termina porque la bráctea o cubierta que protege al tallo se desprende ligeramente del nudo inmediatamente inferior.

4.2.2.1 Yema En el culmo, se ubica por encima de la línea nodal y en posición dística5. Rompe su inactividad cuando el culmo completa el crecimiento apical. En el caso de la guadua hay una sola yema por nudo.

4.2.2.2 Ramas Se originan en la línea nodal, por encima de esta o sobre un promontorio. En el caso de la guadua las ramas basales se modifican y llegan a transformarse en espinas. Las ramas apicales del culmo tienen alto contenido de fibra y pueden aprovecharse en la fabricación del papel.

5

Se aplica a las hojas, flores y espigas dispuestas de modo que unas miran aun lado y otras al lado opuesto

Figura No. 2. Tipos de nudos, Yemas y ramificaciones: a) Yema solitaria cubierta en la base por un anillo; b) Yemas múltiples en el nudo; c) Rama solitaria en el nudo característico de Guadua; d) y e)Ramas espinosas características de Guadua Angustifolia

4.2.2.3 Hoja Caulinar Es la que nace en cada nudo del culmo y tiene como función proteger la yema que da origen a las ramas y al follaje. Consta de dos partes: la vaina o parte basal y la lámina o parte distal, en el caso de la guadua es continua.

4.2.2.4 Follaje Es la estructura básica en el proceso de fotosíntesis, está constituido por vaina, lámina y ápices. 4.3 INFLORESCENCIA La inflorescencia en los bambúes, tiene como unidad básica estructural la espiguilla. La guadua tiene inflorescencia indeterminada que se prolonga indefinidamente mediante producción progresiva de ramas. Además tiene floración esporádica que es cuando todos los miembros de una generación determinada, con un origen común, entran gradualmente a la etapa reproductiva en diferentes tiempos o intervalos regulares. Luego de esto, la planta se amarilla ligeramente pero emite nuevos brotes; la planta no muere. Foto No 4. Inflorescencia en Guadua Angustifolia.

4.4 FASES DE DESARROLLO DE LA GUADUA La Guadua tiene fases de desarrollo básicas las cuales son:

Rebrote: Entre los 0 – 6 meses de edad. Se considera como el primer individuo de la fase de desarrollo. Durante los primeros 30 días

el

crecimiento alcanza ratas de 4 – 6 cm en 24 horas, y el 60 % de éste se realiza en horas nocturnas, condición que obedece a la presencia de auxinas. Después de 90 cm el renuevo se estabiliza en un promedio de 9 – 11 cm de crecimiento en 24 horas;

se encuentra revestido

completamente de hojas caulinares que varían según el sitio y las condiciones climáticas donde se desarrolla el renuevo. En los primeros 30 días de su crecimiento, se puede usar como alimento humano y

Foto No. 5. Rebrote

también se puede aprovechar este tiempo para formaletearla con el fin de inducirle formas distintas a su sección con fines decorativos. Guadua Joven ó viche: Entre los 6 meses – 3 años de edad. Esta fase se inicia cuando las hojas caulinares de la parte apical del culmo comienzan a desprenderse dando paso a las ramas primarias y consecutivamente a las secundarias. Se usa en esta edad, debido a la poca dureza que posee por carecer de lignificación completa; se limita a la hechura de canastas, paneles, tejidos y esterilla. Se reconoce puesto que posee un color verde intenso y lustroso, su superficie es limpia de

Foto No. 6. Guadua joven “viche”

musgo y nudos con bandas nodales de color blanquecino donde además se encuentran las yemas. Guadua madura ó sazonada: Entre los 3 y 6 años de edad. En esta fase la Guadua alcanza su mayor resistencia y dureza. Este es el punto ideal para su uso en la construcción. También se hacen baldosas laminadas y tablillas para entrepiso laminado. Se caracteriza

por la

desaparición en el tallo del lustre en el entre nudo, color verde oscuro y la aparición de manchas

Foto No. 7. Guadua madura “

de hongos color gris claro, de forma redondeada a oblonga, con

diámetros hasta de 3 cm sobre la superficie. Negrilla: De los 6 años en adelante. Esta es una guadua que no fue aprovechada en su momento, deja de ser productiva y tiende a rajarse muy fácilmente, no resiste ni siquiera los clavos, ni golpes muy fuertes con el martillo. Se reconoce porque pierde el color verde oscuro de la guadua

Foto No.8. Guadua seca

madura y en cambio toma un color naranja y no hay presencia de follaje lo cual indica fisiológicamente que es inactiva. 4.5 PARTES DE UNA GUADUA Y SU UTILIZACIÓN De acuerdo con el Centro Nacional para el estudio del Bambú - Guadua, la guadua se divide en seis partes a lo largo de su sección longitudinal (Tabla No. 1, Figura No. 4), donde cada una presenta un uso particular: Tabla No. 1. Descripción y utilización de la guadua. PARTE

DESCRIPCIÓN

UTILIZACIÓN

Es un tallo modificado, subterráneo, que conforma En decoración y juegos infantiles. RIZOMA

el soporte de la planta. Se pueden encontrar hasta 2.0 metros de profundidad. Es la sección basal del culmo con mayor diámetro. Se utiliza para columnas en construcción, cercos y La distancia de sus entrenudos es corta lo cual le entibados; para estabilidad de taludes tiene gran proporciona una mayor resistencia. Su longitud es uso, dada su sección. En cuanto al comportamiento de 3.0 metros aproximadamente.

CEPA

frente a esfuerzos de flexión, esta parte de la guadua se comporta muy bien, gracias a la corta distancia entre nudos.

Parte de la guadua que posee mayores usos, Si el tallo es de buen diámetro se utilizan también debido a que su diámetro es intermedio y la para columnas. De esta sección se elabora la distancia entre nudos es mayor que en la cepa; es esterilla,

la

cual

tiene

múltiples

usos

en

la parte del culmo de la guadua que más se utiliza. construcción de casetones, paredes, postes y para BASA

Tiene una longitud aproximada de 8.0 metros

formaletear. Es el tramo más comercial de la Guadua.

El diámetro es menor y la distancia entre nudos es Utilizada como elemento de soporte en estructuras un poco mayor comparada con la basa. Es un de concreto de edificios en construcción (puntal). tramo de guadua con buen comercio, debido a que También se emplea como viguetas para formaletear SOBREBASA

su diámetro permite buenos usos. La longitud es de vaciados de losas, vigas y columnas. aproximadamente 4.0 metros. Sección de menor diámetro. Su longitud aproximadamente 3.0 metros

VARILLÓN

es Generalmente se utiliza en la construcción como apuntalamientos y como soporte (correa) para disponer tejas de barro o paja.

Es la parte apical de la guadua, con una longitud Se pica en el suelo del guadual como aporte de COPA

entre 1.20 a 2.0 metros.

materia orgánica.

4.6 CORTE Para llevar a cabo el corte en un guadual, es indispensable tener pleno y certero conocimiento de la edad del mismo ya que, de acuerdo con la edad de la guadua, sus características y propiedades tanto físicas como mecánicas cambian, incidiendo en forma decisiva y evidente en la resistencia y utilización que se pueda realizar de la misma. La edad adecuada para efectuar el corte, con objetivos de una futura utilización para la construcción, se encuentra entre los 3 y 5 años. “Un tallo de edad entre los 3 y 5 años se reconoce porque tiene ausencia de hoja caulinar, hay presencia de follaje y sobre el tallo hay presencia de manchas de algas en buena cantidad”6 El corte en el tallo de la guadua debe realizarse después del primer canuto (tabique) completo que sale de tierra, aproximadamente a una altura entre 15 y 30 centímetros sobre el nivel del suelo, con la precaución de que quede sobre un nudo (donde termina el nudo), con el objetivo de evitar que el agua se empoce, lo cual generaría posteriormente que comience a pudrirse el tallo, afectando consecuentemente al rizoma. El corte debe procurar hacerse lo más limpio posible para lo cual se usa machete o una sierra.

Foto No 9. Buen corte de la guadua

Foto No. 10. Corte en pocillo

4.7 CURADO Y SECADO

6

MARTÍNEZ CÁCERES, Dixon Emmanuel. Puentes en do mayor ( Tesis de grado). En: Congreso Mundial de Bambú / Guadua. (1° : 1992: Pereira). Memorias I Congreso Mundial de Bambú / Guadua. Pereira; 1992; p.173.

Con el fin de que los tallos de la guadua sean más duraderos y menos propensos al ataque de los insectos y hongos, el bambú después de cortado, debe someterse a un tratamiento de curado, que tiene como fin reducir o descomponer el contenido de almidón y humedad de los tallos o a un tratamiento con preservativos químicos contra los insectos y hongos. Se puede llevar a cabo mediante la aplicación de varios métodos: •

Curado en el Guadual o en la Mata: Es el procedimiento más utilizado y recomendado por su bajo o ningún costo ya que es un proceso natural y no mancha los tallos. Este método consiste en cortar el tallo (se deja con ramas y hojas) e inmediatamente dejarlo apoyado a otros bambúes vivos lo más vertical posible, y sobre una piedra, plástico o sobre la punta de otro rizoma que lo separe del suelo, para evitar que absorba la humedad del suelo y para que las hojas sigan transpirando, haciendo que el secado sea gradual y de adentro hacia fuera. En esta posición el tallo cortado se deja por un tiempo no menor de 4 semanas, luego se cortan sus ramas y

Figura No. 3. Curado en la mata

hojas y se deja secar dentro de un área cubierta bien ventilada. Este método ha sido hasta ahora el mas recomendable, pues los tallos no se manchan, conservan su color, no se rajan y no son atacados por insectos y hongos. •

Curado por inmersión en agua: Este método consiste básicamente en sumergir los tallos recién cortados en agua por un periodo no superior a cuatro semanas. Posteriormente se sacan y se dejan secar por algún tiempo. Este método a pesar de ser muy utilizado es poco efectivo, los tallos se manchan y si permanecen mayor tiempo del requerido en el agua pierden resistencia y se vuelven quebradizos.

Figura No. 4. Curado por inmersión en el agua

•

Curado con calor: Se realiza colocando horizontalmente

los tallos de guadua sobre brasas a una distancia apropiada para que las llamas no las quemen, girándolas constantemente. Es un proceso efectivo, pero de mucho cuidado con la distribución del calor,

ya que se pueden producir esfuerzos diferenciales del interior al

exterior lo cual causa agrietamientos y fisuras en el tallo además, se puede quemar.

•

Curado con humo: El método consiste en ahumar los tallos de guadua con la ayuda de una hoguera hasta que queden cubiertas exteriormente de hollín, con el objetivo de que alcancen una humedad del 10%.

4.8 TRATAMIENTOS QUÍMICOS (PRESERVACIÓN DE LA GUADUA) El problema más grande que presentan las estructuras que tienen guadua es el de la preservación, pues son muy susceptibles al ataque de insectos, la humedad y el sol. Para estos problemas hay varios tipos de solución dependiendo de la utilización de la guadua o los agentes a los que se va a ver expuesta. Para preservar la guadua del ataque de insectos y hongos se trata con productos químicos insecticidas y funguicidas. De acuerdo al medio de disolución de los preservantes se identifican dos grupos diferentes: los Oleosolubles como creosota alquitranada, aceite de antraceno, soluciones de cerosota, etc, y los Hidrosolubles que son sales disueltas en agua y entre sus ingredientes activos están el cloruro de zinc, el dicromato de sodio, el bórax, el ácido bórico entre otros. Para realizar la inmunización existen

diferentes

métodos como son el aprovechamiento de la

transpiración de las hojas, por inmersión, por el método Boucherie simple o por el método Boucherie modificado. •

Método de la transpiración de las hojas: Una vez que se realiza el corte, aprovechando el método del curado en la mata, se coloca el tallo en posición vertical y se cambia la piedra por un recipiente que contenga un preservativo (5% de DDT y talco), en el cual se deja sumergido un extremo del tallo, dicho preservativo es absorbido hacia arriba por la transpiración de las hojas; se mantiene durante el tiempo de curado.

Figura No. 5. Método de transpiración de las hojas

•

Por inmersión: Como su nombre lo indica, se sumergen los tallos cortados por un tiempo mayor a 12 horas, en un tanque con una solución que contenga los productos químicos preservativos a ser utilizados en el tratamiento. Para que la guadua quede totalmente Foto No 11. Método de inmersión

cubierta con el preservativo, se colocan piedras grandes en los extremos para que permanezca sumergida.

•

Método Boucherie simple (por gravedad): Consiste en llenar el entrenudo superior con preservante, dejando el tallo en posición vertical hasta que el químico baje a lo largo de las paredes, ya que por acción de la gravedad empuja y desplaza la sabia ocupando su lugar. También uno de los extremos puede conectarse a un tubo de caucho que conduce el preservativo de un tanque ubicado a una altura mayor, hacia el tallo de la guadua. Es un método que puede demorarse varios días de acuerdo con las dimensiones del tallo, por lo cual es poco usado a escala comercial.

•

Método Boucherie modificado (por presión): Es similar al método simple, se diferencia porque el tanque trabaja a presión. Este método es mucho más rápido (se requieren pocas horas para culminar el proceso) y efectivo, pues hay una mayor penetración y absorción del preservativo; además se pueden tratar varias guaduas al tiempo.

•

El uso de preservativos y productos químicos aplicados en forma externa sobre la superficie de la guadua con brocha, no es muy recomendable, debido a que no existe una adecuada penetración hacia el interior del tallo, además se puede lavar Foto No. 12. Método de Boucherie fácilmente con la lluvia si queda la guadua expuesta a la modificado. intemperie.

5

ANTECEDENTES

5.1 NORMATIVIDAD EXISTENTE EN COLOMBIA

El 80% de la población colombiana vive en zonas consideradas de riesgo sísmico alto e intermedio. Históricamente conocemos de terremotos que han devastado ciudades enteras, generando grandes pérdidas humanas y materiales; por ejemplo el sismo ocurrido en el departamento del Cauca el 31 de marzo de 1983 puso de manifiesto graves defectos estructurales en las construcciones nacionales; a partir de este hecho se generaron corporaciones para la reconstrucción y se promovió la expedición de normas sobre construcciones antisísmicas, por lo cual dio como resultado la ley 1400 de 1984 (CÓDIGO COLOMBIANO DE CONSTRUCCIONES SISMORRESISTENTES); fruto de 10 años de labores de la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica. Es importante señalar que la norma se enfocó en las construcciones consideradas edificaciones nuevas, es decir, en edificaciones compuestas por concreto, acero y ladrillo y no en materiales tradicionales como lo eran la madera, el bahareque y guadua. A comienzos de la década de 1990 y con la participación de asociaciones gremiales y profesionales de la construcción se logró la actualización de las normas de diseño y construcción sismorresistente dando como resultado la Norma Sismorresistente de 1998 (NSR-98 Ley 400 /97 Decreto 33 / 98 Y Decreto 34 /99), ampliándose las normas desde el título G hasta el K, donde fue incluido el tema de las maderas, este último tema, basado en el MANUAL DE DISEÑO PARA MADERAS DEL GRUPO ANDINO de la junta del acuerdo de Cartagena. De acuerdo con lo anterior, desde hace apenas 20 años, Colombia cuenta con una normatividad para la construcción sismorresistente, pero no hay que olvidar que al comienzo, las normas sismorresistentes del país fueron traducciones de normas norteamericanas como es el caso del código del AMERICAN CONCRETE INSTITUTE (ACI 318-77)

traducido por el INSTITUTO

COLOMBIANO DE PRODUCTORES DE CEMENTO (ICPC) y del código de la AMERICAN INSTITUTE

OF STEEL CONSTRUCCION (AISC) traducido por la ASOCIACIÓN COLOMBIANA DE FABRICANTES DE ESTRUCTURAS METÁLICAS (FEDESTRUCTURAS). Las normas de la AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM) que describen los procedimientos de ensayos para materiales de construcción también fueron traducidos y adaptados, formando parte de las normas ICONTEC en la actualidad. A pesar de la existencia de los códigos nombrados, la naturaleza nos obliga a investigar más, realizando entonces correcciones, modificaciones y ampliaciones de la normatividad existente para tener como fin la protección de la vida humana. Una enseñanza que nos dejó la naturaleza fue el terremoto ocurrido en el eje cafetero el 25 de enero de 1999, donde las construcciones realizadas en bahareque encementado de madera y guadua, y las construcciones en guadua soportaron la onda de energía sísmica con un buen desempeño. Después de este acontecimiento se intensificaron las investigaciones sobre guadua en todo el país, cautivando a la comunidad científica alemana, italiana y holandesa. Un caso importante fue el diseño y construcción de 80 viviendas de la urbanización Nueva ciudad Milagro de Armenia en el año 2001, con base en la investigación: Sistema Normalizado en Guadua

y Madera

7

(Premio corona Colombia 1986; Premio Iberoamericano del Instituto Eduardo Torroja,

España 1990 y 1992; Mención de honor en la VI Bienal de Arquitectura en Quito 1991). Posteriormente en el año 2001 la investigación titulada: Comportamiento de elementos y

ensambles construidos con bahareque de madera y guadua 8 sirvió como base para la redacción del MANUAL DE CONSTRUCCION SISMO RESISTENTE DE VIVIENDAS EN BAHAREQUE ENCEMENTADO (AIS), el cual fue incluido en el capitulo E7 de la NSR-98 (decreto 52 de 2002). El manual se presentó en Ravello (Italia) y fue recibido con mucho interés por considerarlo una evolución, técnicamente rigurosa, de una cultura sísmica local.

5.2 PASADO Y PRESENTE DE LA GUADUA EN COLOMBIA En la actualidad se cuenta con un considerable numero de publicaciones desde el año 1966, investigaciones que abarcan diferentes campos, como por ejemplo el área de la arquitectura, la ingeniería agrícola y la ingeniería civil, pero lamentablemente no ha existido un ambiente de 7 8

Arquitectos Jaime Mogollón y Gustavo Díaz Mogollón; Prieto; Fabián Fecha: Mayo 2001

interdisciplinariedad e interrelación de los diversos grupos de investigación interesados en el tema de la guadua. Ya en la práctica se pueden encontrar diversas construcciones en Colombia pero antes de describirlas se debe citar al arquitecto Simón Vélez quien ha desarrollado las construcciones más imponentes en este material y quien impulsó su uso a nivel internacional con la construcción del pabellón de guadua en Expo-Hannover 2000 en Alemania (un decágono de 2000 m2 en dos pisos, 40 m de diámetro y aleros en voladizos de 7.5 m). Expresando lo siguiente9 “Al no existir Ingeniería del bambú en ninguna parte del mundo hubo que

invertir cerca de 200.000 dólares en tres estudios en Alemania. El primero con el profesor Klauss Steffens, Director del Instituto de Estática experimental de la Universidad de Bremen. El segundo estudio con la Universidad de Stuttgart dirigido por el profesor Simón Aicher del Otto Graiff Institut y al mismo tiempo el ingeniero Joseph Lindeman de Hannover, especialista en cálculo de estructuras de madera. Este es el momento en que los alemanes no salen del asombro porque la guadua superó sin problema todos los estándares exigidos por sus autoridades de construcción que son los más estrictos y exigentes del mundo, la paradoja es que mientras en Alemania ya es oficialmente permitido construir estructuras en guadua en Colombia no reglamentado su uso.” En la actualidad podría decirse que la construcción con guadua está de moda en Colombia, pues se pueden encontrar variedad de construcciones, por ejemplo se puede encontrar en la Universidad La gran Colombia en Armenia su Facultad de Arquitectura, construida casi en su totalidad en guadua, se puede encontrar el puente peatonal de la Universidad Tecnológica de Pereira UTP, se puede observar en Bogotá (Cundinamarca) el puente peatonal de mayor luz hecho en este material y se cuenta también con el nuevo edificio de la Corporación Autónoma Regional de Risaralda CARDER entre otras urbanizaciones, Kioscos, Coliseos y puentes en los departamentos de Quindío, Caldas, Risaralda y Cundinamarca.

9

Tomado de Optimización de estructuras en guadua, Jenny Garzón

5.3 CENTROS DE INVESTIGACIÓN

En la actualidad existen centros nacionales e internacionales de importancia que trabajan sobre el tema bambú-guadua. En Colombia existen las siguientes entidades ínter-administrativas que manejan el tema: !" Ministerio del medio ambiente !" Corporación autónoma regional de Caldas (CORPOCALDAS) !" Corporación autónoma regional del Quindío (CRQ), !" Corporación autónoma regional de Risaralda (CARDER), !" Corporación autónoma regional del Tolima (CORTOLIMA) !" Corporación autónoma regional del Valle del Cauca (CVC) !" Corporaciones autónomas regionales de la frontera nororiental (CORPONOR) Las cuales han realizado acercamientos para unificar criterios técnicos para el manejo silvicultural de la guadua publicando así, la NORMA UNIFICADA EN GUADUA (Manejo, Aprovechamiento y establecimiento de Guadua) 2002; además la Corporación Autónoma Regional del Quindío (CRQ), cuenta con el centro nacional para el estudio del bambú-Guadua. En Colombia las siguientes Universidades y organizaciones han investigado sobre el tema: !" Universidad Nacional de Colombia !" Universidad Industrial de Santander UIS !" Pontificia Universidad Javeriana !" Universidad Distrital Francisco José de caldas !" Universidad del Quindío !" Universidad de los Andes !" Centro de investigaciones del bambú CIBAM !" FOREC (Fondo para la reconstrucción de la zona cafetera) !" AIS (Asociación de ingeniería sísmica) !" SENA !" Comité colombiano para la normalización del bambú-guadua CCNG !" Sociedad Colombiana del Bambú Internacionalmente se cuenta con la Cooperación Alemana para el desarrollo (Deutch Gesellschaft fur Technische Zusammenarbeit, GTZ), la cual colaboró para la reconstrucción del eje cafetero después del terremoto de 1999. También existe la Red Internacional del Bambú (The international network on bamboo and rattan, INBAR), entidad que publicó las normas INBAR. STANDAR FOR DETERMINATION OF PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF BAMBOO las cuales fueron analizadas en detalle para el desarrollo de este proyecto.

6

METODOLOGÍA

Al ocuparse del estudio de la guadua como material para construcción, es importante ocuparse del estudio de los comportamientos físicos y mecánicos de la guadua. !" Revisión Bibliográfica !" Visita a universidades en Bogota para la recolección de información de diferentes ensayos realizados en cada una y resultados obtenidos. Visita a otras ciudades del país, para recolectar información sobre investigaciones y ensayos realizados !" Procedimientos de ensayo

-

Ensayos de probetas de elementos individuales a compresión paralela a la fibra.

-

Ensayos de probetas de elementos individuales a flexión.

-

Ensayos de probetas a corte paralelo a la fibra

-

Ensayos de probetas a tensión paralela a la fibra

-

Ensayos de probetas a tensión perpendicular a la fibra

-

Contenido de Humedad

-

Modulo de elasticidad

!" Montaje de ensayos (modo de aplicación de la carga, velocidad de aplicación de la carga, adecuación de los ensayos al material a utilizar) !" Ensayos !" Elaboración del documento (protocolo de ensayos).

7

JUSTIFICACIÓN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE ENSAYOS

7.1 DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD La humedad se ha entendido como la relación entre la masa de agua y la masa de sólidos presentes en un material. El contenido de humedad es una propiedad física muy importante porque las propiedades mecánicas de la guadua dependen de esta propiedad. Para el caso de materiales orgánicos la anterior afirmación no es necesariamente cierta, debido a que el agua puede estar en diferentes condiciones, (agua constitutiva, capilar y libre). Las Normas INBAR (Documento publicado internacionalmente por la red internacional del bambú y el ratan) recomiendan una temperatura para secado de 103oC +/- 2oC y un periodo de tiempo mayor de 24 horas con intervalos subsecuentes mayores de 2 horas hasta obtener una diferencia de pesos entre intervalos menores de 0.01 gramos, hecho difícil de lograr sin que exista la posibilidad de quema del material. En el protocolo desarrollado en este proyecto se fijó una temperatura de 100 oC y un periodo de 24 horas sin intervalos subsecuentes para asegurar la noincineración de las muestras. De acuerdo a la experiencia es necesario desarrollar un proceso de secado que permita mantener un peso constante en las probetas.

Se recomienda

realizar investigaciones constituidas en

someter las probetas a diferentes temperaturas y diferentes periodos de tiempo para establecer una metodología de ensayo mejorada. Se observa que las normas INBAR para la realización del ensayo de contenido de humedad no aclaran respecto a la humedad relativa (media) del ambiente en el cual se deben preservar y ensayar los especímenes; en este sentido los protocolos de ensayo propuestos en esta investigación aclaran que los elementos deben mantenerse en lugares libres de humedad y protegidos de luz solar directa.

La humedad relativa (media) y la temperatura del ambiente no es una constante ni universal ni local, que esta en función de la presión atmosférica, el brillo solar, la evaporación y otras variable climáticas que influyen en los resultados de humedad haciendo necesario crear ambientes controlados para estandarizar este ensayo, hecho que se recomienda investigar mas a fondo.

7.2 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA Como se puede observar en el anexo 1 (Revisión bibliográfica sobre propiedades físico mecánicas de la guadua desde el año 1971 hasta el 2004, Descripción) diferentes investigaciones han solicitado a compresión probetas cilíndricas de altura igual a: !" 2 veces el diámetro !" 10 veces el espesor !" igual al diámetro !" 10 -15 cm. e incluso se han solicitado a compresión láminas sencillas de guadua. Cada una de estas investigaciones han seguido diferentes metodologías (ver anexo A). Por ejemplo,

los ensayos

realizados con probetas de altura igual a 10 veces el espesor se sustentaron en el informe 147 (Strenght test on Bamboo, 1956, India) del FOREST RESEARCH INSTITUTE el cual afirmaba lo siguiente “La longitud de las probetas sometidas a compresión paralela a la fibra no debe ser mayor

de 10 veces el espesor, de lo contrario podrá producirse pandeo”. Lo curioso de esta afirmación es que en el informe no se sustenta en resultados. Sin embargo puede ser cierta la afirmación del INSTITUTO FORESTAL DE INVESTIGACIÓN DE LA INDIA para otros géneros y subtribus de la subfamilia BAMBUSOIDEAE diferentes a la guadua angustifolia Kunth. En la investigación Estudio de elementos solicitados a compresión armados con dos o más guaduas

de Uribe Y Duran

se ensayaron columnas individuales de guadua de diferentes longitudes y

presentaron sus resultados en la grafica: esfuerzo de compresión contra relación de esbeltez (RDE), de donde se analiza que para una relación de esbeltez kl/r menor de 20 el tipo de falla será como columna corta, claro está, que para definir este límite se requiere de un número mayor de ensayos para afirmarlo con mayor seguridad, debido a la dispersión de los datos presentados.

Para el desarrollo de este proyecto se ensayaron probetas cilíndricas de altura igual a una y dos veces el diámetro promedio exterior (con y sin nudo en la mitad), las cuales fallaron en su totalidad por aplastamiento (columna corta) sin presentarse astillamiento en los extremos de los cilindros u otro tipo de falla. También, se ha tratado de calcular el modulo de elasticidad a compresión paralela a la fibra de la guadua utilizando deformímetros mecánicos (no se han utilizado deformímetros eléctricos debido a su costo). Para tal fin, se ha calculado la deformación del material igual al acortamiento de la luz entre platos de la maquina. Estos procedimientos no han tenido en cuenta el efecto de confinamiento que generan los platos de carga, por lo cual no muestran el verdadero comportamiento del material. Para evitar las anteriores complicaciones se recomienda utilizar anillos de soporte para el deformímetro mecánico, apoyándose en la probeta evitando medir la deformación cerca a los bordes. En caso de utilizar los anillos de soporte para el deformímetro (collarines) se recomienda utilizar cilindros con altura aproximadamente igual a dos veces su diámetro exterior, por comodidad de manejo. En el proceso de corte de los cilindros existe la probabilidad de generar: !" Grietas en los extremos de la probeta !" Caras no paralelas !" Caras no planas En dado caso se recomienda eliminar la muestra para el ensayo por posibilitar la falla a compresión o inducir otro tipo de falla distinta a la de compresión paralela a la fibra. En cuanto a la existencia de nudos en la probeta de acuerdo a la bibliografía y a lo experimentado en este proyecto no se observa una marcada diferencia en la resistencia última a compresión de probetas con o sin nudo. Finalmente y de acuerdo a lo expuesto anteriormente se determinó que la probeta para el ensayo de compresión debe tener una altura igual a dos veces el diámetro externo, con y sin nudo en la mitad.

7.3 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA La guadua es conocida actualmente como el ¨ acero vegetal ¨ debido a su alto desempeño a la tracción paralela a la fibra. Las probetas utilizadas para la determinación de la resistencia a la tracción han tratado de imitar las pruebas realizadas en la madera (Ver: ANEXO A. Revisión bibliográfica sobre propiedades físico mecánicas de la guadua desde el año 1971 hasta el 2004). Láminas de guadua simulando la forma de corbatín que recomienda las normas COPANT han sido las probetas mas utilizadas. Pero la forma de corbatín se rompe en el ensanchamiento por cortante paralelo a la fibra10. Por tal razón se decide fabricar láminas de guadua de un ancho constante (cercano a 2.2 cm.). Se debe comentar que en los experimentos iniciales realizados en este proyecto se presentó deslizamiento, haciéndose necesario el cambio de mordazas de la maquina (mordazas con canal para varillas de acero, por mordazas planas) para evitar este efecto. El efecto de deslizamiento esta constituido por la fricción entre las superficies de las mordazas con las probetas y la fuerza normal que aplican las mordazas a los extremos de la lámina. Algunas máquinas ofrecen la fuerza de agarre de las probetas en función de la carga aplicada, hecho que involucra la posibilidad de deslizamiento a cargas bajas. Se recomienda utilizar en lo posible máquinas con líneas de aceite que ofrezcan una presión inicial a las cuñas de soporte de las mordazas para garantizar una fuerza normal inicial que prevenga el deslizamiento causado por la tracción pero previniendo de una posible falla por compresión perpendicular a la fibra. Para garantizar la falla por tracción se recomienda que la probeta posea nudo en el centro. La probeta se debe ensayar por lo menos con un nudo debido a que la resistencia es menor. Las fibras no tienen continuidad en estos puntos y algunas fibras continúan longitudinalmente a lo largo del culmo mientras que otras pasan a constituir parte de los nudos (canutos). Se recomienda que las probetas sean limpiadas de líquenes y cualquier otro material que puedan contribuir a un posible deslizamiento.

10

Según información del proyecto Guadua curvada como elemento estructural de Patricia Gutiérrez y Raúl Forero, Universidad Nacional, 2003

Para calcular el módulo de elasticidad a tracción de la guadua se puede utilizar un extensómetro (el mismo que se utiliza para pruebas en varillas de acero) encontrando muy buenos resultados (Verse: ANEXO 3 Resultados de ensayos realizados). La longitud de la probeta se tomó igual a 50 cm., para ser montada en la máquina con comodidad y colocar el extensómetro (en la parte media), alejado de los extremos.

7.4 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA De la resistencia a la tracción perpendicular a la fibra no se ha encontrado información escrita acerca de los ensayos realizados elaborados para encontrar esta propiedad hasta el desarrollo de esta investigación. Es importante recordar que las estructuras en guadua fallan muchas veces por este fenómeno, por lo que se intentó montar un ensayo que estuviera en capacidad de generar este tipo de falla. La guadua se caracteriza por su forma circular, que en un alto porcentaje de su sección se aproxima a una circunferencia. Gracias a ello, se fabricaron semicilindros en madera de diferentes radios que lograran transmitir la carga aproximadamente en toda la superficie interna de una probeta circular. Los resultados encontrados fueron buenos, el material se fracturó en 2 partes iguales por el efecto deseado. (Ver Anexo 11.3. Descripción fotográfica de montaje de ensayos y fallas). Es importante contar que el dispositivo inicialmente diseñado se calculó para una carga de 250 Kg (tensión perpendicular a la fibra) y una longitud de probeta de 15 cm, encontrando que el material resistía mas que dicho valor, (carga máxima encontrada: 440 Kg). Por lo cual se debió corregir el dispositivo y reducir la longitud de la probeta (sin nudo) a 10 centímetros. Además con una longitud del cilindro (sin nudo) de 10 centímetros se garantiza que el diámetro de la probeta sea aproximadamente constante permitiendo un mayor contacto entre los semicilindros macizos y las paredes interiores de la guadua.

7.5 RESISTENCIA AL CORTE PARALELO A LA FIBRA Para el desarrollo de este ensayo simplemente se reprodujo el ensayo diseñado por la norma INBAR Determination of physical and mechanical properties of bamboo. Salvo que en este proyecto se especifica con claridad las dimensiones del dispositivo de ensayo y su montaje. Es importante tener en cuenta que el material, a pesar que pudo fallar por corte paralelo a la fibra, podría estar sometido al mismo tiempo a compresión, dando como resultado un valor erróneo de resistencia al corte debido a que no siempre se garantiza la verticalidad de la fibra. Por lo cual se debe prever que los dispositivos de carga estén correctamente colocados y con las dimensiones especificadas según lo propuesto en este proyecto. (Ver Capítulo 9. Protocolos de ensayos). Es de gran importancia la tolerancia entre las platinas en los puntos de posible traslapo, se debe garantizar la tolerancia mínima de 3 mm que recomienda las normas INBAR en su capitulo 7.1, figura 4.1. Además de lo anterior se considera finalmente que el método de ensayo será más eficiente si se asegura únicamente un plano de falla.

7.6 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN Se recomienda hacer ensayos para guadua con luces cortas (2.00m). Esto debido a que la guadua solicitada a flexión presenta tres tipos de fallas: Falla por corte, cuando la luz de la guadua es menor de 1.50m; falla por flexión en luces intermedias y falla por deflexión en luces largas. En nuestro proyecto se presentó el primer tipo de falla, debido a que los dispositivos de apoyo, en este caso un riel en perfil I de 2.5m, fue insuficiente.

En proyectos de grados anteriores, en la realización de ensayos a flexión para guaduas cortas, se presentó aplastamiento en los apoyos. Por lo tanto, en este proyecto se decidió amarrar

con

cuerdas de polipropileno los extremos del elemento para poder ver la verdadera falla de las guaduas cortas; encontrando que fue una buena solución.

Debido a la concentración de esfuerzos se presentó también aplastamiento donde se encontraban los dispositivos de carga, por este motivo se optó por cargar en los tabiques y no como se hizo al inicio de los ensayos que era a L/3.

La norma INBAR recomienda para el ensayo a flexión un método de carga concerniente en dividir la fuerza que genera la máquina en dos partes por medio de una viga rígida, que a su vez transmite a cuatro caballetes ubicados sobre los nudos cercanos a los tercios de la luz. Estos dispositivos de carga (caballetes) al igual que los apoyos permiten el giro de las probetas. Los apoyos son similares a los dispositivos de carga permitiendo un desplazamiento horizontal para lograr el contacto con el culmo únicamente en los nudos. En este proyecto se consideró que el método de la INBAR era valido sólo para culmos que fallaran por deflexión debido a que no se puede asegurar en el montaje un mismo numero de puntos de apoyo y puntos de carga tal como al inicio del ensayo debido a la curvatura generada en la probeta.

Por este hecho, en este proyecto, se desarrollaron dispositivos que garantizaran el mismo número de apoyos y de dispositivos de carga desde el inicio de la prueba hasta su falla (ver descripción fotográfica 8.2). Los dispositivos propuestos también tienen la posibilidad de un desplazamiento horizontal para lograr el contacto con los culmos en la zona de nudos; además, los dispositivos de carga tienen la posibilidad de transmitir la carga con un porcentaje de área de contacto mayor gracias a un sistema de tornillo que permite acomodarse al diámetro del material ensayado.

8

DESCRIPCIÓN FOTOGRÁFICA

8.1 EQUIPOS

FOTO N° 13. Máquina utilizada para realizar los ensayos de compresión paralela a la fibra y corte paralelo a la fibra. Es un equipo de marca SERVINTEGRAL Ltda. Con capacidad máxima de carga de 200 toneladas. Se encuentra ubicada en el laboratorio de Ensayos del IEI

FOTO N° 14. Máquina utilizada para realizar los ensayos de flexión, tracción paralela a la fibra y tracción perpendicular a la fibra. Es un Equipo de Prueba Universal N° 4-0102-KD3, marca AMSLER, tipo hidráulica. Tiene una capacidad máxima de carga de 30 toneladas. Velocidad de deformación variable a tracción y compresión. Se encuentra ubicada en el laboratorio de ensayos mecánicos del IEI.

FOTO N° 15. Deformímetro de vástago con recorrido de 30 milímetros y división de escala de 10-2 milímetros. Utilizado para realizar las mediciones de deflexiones para el ensayo de flexión.

FOTO N° 17. Balanza mecánica. Utilizada para pesar las muestras a las cuales se les saca el contenido de humedad.

FOTO N° 16. Extensómetro con capacidad de medir deformaciones con una aproximación de 0.01 mm. Aparato utilizado en el ensayo de tracción paralela a la fibra.

FOTO N° 18. Horno. Utilizado para secado de la guadua a una temperatura aproximada de 110 °C.

FOTO N° 19 y N° 20. Mordazas planas. Se utilizaron en el ensayo de tracción paralela a la fibra, no permitían el deslizamiento de las láminas de guadua.

8.2 8.2.1

MONTAJES DE ENSAYOS Montaje de ensayo para Flexión

3

2

1

FOTO N° 21 y 22. Montaje de rieles (soporte y carga) y de probeta. 1. Máquina. Ver descripción en la foto N° 16. 2. Riel de soporte. Perfil en I de acero. Este se apoya sobre la base de la máquina. Sobre este riel van colocados los apoyos de las probetas. Los apoyos se pueden trasladar longitudinalmente sobre el riel. 3. Riel de carga. Perfil en I de acero. Sobre este riel van colocados los dispositivos de carga. Los dispositivos se pueden trasladar longitudinalmente sobre el riel.

FOTO N° 23. Apoyo. Son dos platinas con un alma en madera. Tienen forma circular en la parte superior para aumentar la superficie de contacto entre la probeta y el apoyo y reducir de esta manera el esfuerzo en el punto de apoyo. Se coloca una lámina de neopreno para que el elemento quede mejor acomodado en la superficie del apoyo.

FOTO N° 24. Dispositivo de carga. Los dispositivos de aplicación de carga están fabricados en madera zapán y se pueden ajustar al diámetro de cada probeta.

FOTO N° 25. Amarre. Para ensayar los elementos cortos de guadua sin que estos fallaran por aplastamiento se amarraron los extremos con cuerdas de polipropileno y así ver la verdadera falla de elementos cortos.

8.2.2

Montaje de ensayo para Compresión Paralela a la Fibra

FOTO N° 26 y 27. Montaje de dispositivos de ensayos. Los anillos metálicos y el deformímetro mecánico se colocan antes de llevar la probeta a la máquina SERVINTEGRAL, apretando muy bien los tornillos. Se disponen dos láminas de neopreno en los extremos del elemento. Se ensayaron probetas con longitudes iguales a una vez el diámetro y dos veces el diámetro. Se recomienda longitudes de dos veces el diámetro para evitar que en algún momento la máquina llegue a tocar tanto los anillos como el deformímetro en la aplicación de las cargas. Se tomaron dos lecturas, una con el celda de carga de Weathstone (en la parte izquierda de la foto de abajo) y con la máquina Servintegral para su calibración.

8.2.3

Montaje de ensayo para Corte Paralelo a la Fibra.

FOTO N° 28. Parte inferior del dispositivo de ensayo para Corte paralelo a la fibra. Elemento elaborado en una lámina de acero de 1.5 cm de espesor. Las varillas que sobresalen se colocaron para mantener las dos láminas colineales.

FOTO N° 29. Parte superior del dispositivo de ensayo para Corte paralelo a la fibra. Elemento elaborado en una lámina de acero de 1.5 cm de espesor.

FOTO N° 30. Montaje de los dispositivos en la máquina SERVINTEGRAL. En este ensayo solo se mide carga última y las características geométricas de la probeta. Se sabe que el elemento falla cuando la máquina deja de leer cargas.

8.2.4

Montaje de ensayo para Tracción Perpendicular a la Fibra.

FOTO N° 31. Montaje del ensayo a Tracción perpendicular a la fibra. La máquina utilizada es la AMSLER de la cual se puede ver la descripción en páginas anteriores. En este ensayo se miden cargas últimas. Se ensayaron probetas de 15cm de longitud.

FOTO N° 32. Vista lateral del montaje. Se puede observar tanto el mecanismo como los elementos de madera. Estos elementos son semicilindros de diferentes diámetros que permiten la buena distribución de la carga a aplicar.

8.2.5

Montaje de ensayo para Tracción Paralela a la Fibra.

FOTO N° 33. Montaje del ensayo a Tracción paralela a la fibra. La máquina utilizada es la AMSLER. Se ensayaron láminas rectangulares de 50cm de longitud. Las mordazas usadas en este ensayo hicieron que la probeta no se deslizara.

FOTO N° 35. Láminas de guadua de 50 cm de longitud. Dimensiones variables. Se tomó esta longitud porque se permitía mayor agarre de las mordazas.

FOTO N° 34. Extensómetro. Aparato utilizado para medir deformaciones y con las cargas obtener gráficos de esfuerzo-deformación

8.3

FALLAS

FOTO N° 36. Ensayo a flexión. Falla por corte. Este tipo de falla fue la más representativa en nuestros ensayos. La falla se presentó en el centroide y con dirección del centro del elemento hacia fuera.

FOTO N° 37. Ensayo a flexión. Falla por corte.

FOTO N° 38. Ensayo a flexión. Falla por corte.

FOTO N° 39. Ensayo a corte paralelo a la fibra. Tipo de falla por corte.

FOTO N° 40. Ensayo a tracción paralela a la fibra. La falla siempre se presentó en los nudos. Tipo de falla por tracción.

FOTO N° 41. Falla por tracción paralela a la fibra. Concentración de esfuerzos en los nudos

FOTO N° 42. Falla por tracción perpendicular a la fibra.

FOTO N° 43. Las probetas ensayadas a tracción perpendicular a la fibra siempre se dividían por el centro como se puede observar en la foto.

PROTOCOLOS DE ENSAYOS

9

9.1 DETERMINACIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD EN PROBETAS DE GUADUA 1.

OBJETO

1.1

Este método cubre la determinación en el laboratorio del contenido de humedad en probetas de guadua.

1.2

El contenido de humedad del material se define como la relación, expresada en porcentaje, entre la masa de agua libre y la masa de las partículas sólidas de material.

2.

RESUMEN DEL MÉTODO

2.1

Conocer el peso del

material cuando está húmedo (espécimen de prueba) y el

peso de la muestra seca al horno durante 24 horas a 110°C aproximadamente. El contenido de humedad corresponde a un porcentaje del peso seco al horno. 3.

USO Y SIGNIFICADO

3.1

El contenido de humedad es una de las propiedades índices más significativas, que se emplea para establecer una correlación entre el comportamiento de la guadua y sus propiedades mecánicas.

4.

EQUIPO

4.1

Horno, controlado termostáticamente, preferiblemente del tipo de corriente de aire y que mantenga una temperatura uniforme en toda la cámara de secado.

4.2

Balanzas, con una división de escala de ± 0.1 g para muestras que tengan un peso de 500 g o menos.

5 5.1

MUESTRAS

Mantener las muestras en un lugar resguardado de la luz solar y del agua.

5.2

La determinación del contenido de humedad, deberá hacerse, tan pronto como sea posible, después de hacerse los ensayos, si es el caso.

6.

ESPÉCIMEN DE ENSAYO

6.1

Se tomarán las probetas ensayadas (cuando su longitud sea menor de 0.3 m) ó un segmento del culmo (cuando sea posible se cortarán cilindros de longitud igual a 7 cm.) que contenga parte del nudo y parte de las paredes del material.

7.

PROCEDIMIENTO

7.1

Después que el material se haya secado a peso constante (24 horas a 110 o C), retirar la probeta del horno, permitir que el material disipe la energía calórica hasta que pueda ser manipulada sin riesgo, evitando que absorba humedad del ambiente y pésese el material.

7.2

Determínese el peso de la muestra seca al horno, usando la misma balanza que usó para determinar el peso húmedo.

8.

CÁLCULOS

8.1

Calcúlese el contenido de agua de la muestra así: CH =

((P1-P2)/(P2)) x 100

Donde:

9.

CH =

Contenido de agua %

P1=

Peso del espécimen húmedo, g.

P2=

Peso del espécimen seco, g.

INFORME

El informe debe incluir lo siguiente: -

Identificación de la muestra

-

El contenido de humedad del espécimen, aproximado al 0.1% ó 1%

-

Indicación del método de secado si es diferente al de 24 horas en el horno a 110 o C.

10.

CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS

Determination of physical and mechanical properties of bamboo INBAR. Propuesta ISO/DIS 22156, ISO/TC165N314

9.2 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA DE CILINDROS DE GUADUA

1.

OBJETO

1.1

Este ensayo determina la resistencia a la compresión de especímenes de guadua y su modulo de elasticidad.

1.2

El ensayo consiste en aplicar una carga axial de compresión a los especímenes a una velocidad de carga prescrita, hasta que se presente la falla. La resistencia a la compresión del espécimen se determina dividiendo la carga aplicada durante el ensayo por la sección transversal del especimen. El modulo de elasticidad se halla determinando la pendiente de la curva esfuerzo-deformación unitaria del material.

2.

USO Y SIGNIFICADO

2.1

Los resultados de este ensayo pueden usarse como dato de resistencia ultima a la compresión de la guadua para el diseño de estructuras.

3.

APARATOS

3.1

Un calibrador con capacidad de medir las dimensiones físicas de la probeta con aproximación de 0.1 mm.

3.2

Deformímetro mecánico de carátula, con división de escala de 0.01mm/división.

3.3

Anillos de soporte del deformímetro. Ver detalle Plano 1. Anexo 4.

Anillo Inferior

Anillo Superior

FIGURA N° 6. Anillos utilizados como dispositivo de ensayo para guadua solicitada a compresión paralela a la fibra 3.4

Máquina de Ensayo. La máquina de ensayo deberá tener una capacidad de aplicación de carga de 30 toneladas y debe reunir las condiciones de velocidad requeridas que están expuestas en los siguientes numerales.

3.4.1

Velocidad de Carga. Aplíquese la carga continuamente sin golpes bruscos. Para Las máquinas de ensayo del tipo tornillo, la cabeza móvil debe avanzar a una velocidad de 1.3 mm/min (0.05 pulg/min) cuando la máquina está operando sin transmitir carga. Para las máquinas hidráulicamente operadas la carga debe aplicarse a una velocidad correspondiente a una tasa de aplicación de carga comprendida en el rango de 0.14 a 0.34 MPa/s (20 a 50 Psi/s). La velocidad escogida se debe mantener al menos durante la segunda mitad del ciclo de ensayo, para la fase de carga prevista. Durante la aplicación de la primera mitad de la fase de carga prevista, se permite una velocidad de carga mayor.

3.4.2

Aplíquese la carga hasta que la muestra falle y regístrese la carga máxima soportada por el espécimen durante el ensayo. Anótense el valor de la carga de falla, el tipo de falla y la apariencia de la probeta. La máquina debe operar mecánicamente y aplicar la carga de una manera continua y no en forma intermitente, y sin choques.

Se hará una verificación de la calibración de la máquina de ensayo de acuerdo con la Norma ASTM E-4-83a. "Ensayo normalizado para la verificación de la carga de las máquinas de Ensayo". División de escala.- La división de escala de la máquina de ensayo, determinada con un elemento de calibración elástico, debe cumplir con los siguientes requisitos: a) El porcentaje de error de las cargas dentro del rango propuesto para la máquina, no excederá del ± 1.0% de la carga indicada. 3.4.3 La máquina de ensayo debe estar equipada con dos bloques de carga, de acero con caras endurecidas, uno de los cuales es un bloque con rótula el cual descansa sobre la superficie superior de la muestra para obtener una distribución uniforme de carga, y el otro un bloque sólido sobre el cual se colocará el espécimen. Las superficies de los bloques que están en contacto con el espécimen deben tener una dimensión al menos 3% mayor que el diámetro del espécimen ensayado. El bloque inferior de carga debe cumplir los siguientes requisitos: Las superficies superiores e inferiores deben ser paralelas una a la otra. El bloque debe poder asegurarse a la platina de la máquina de ensayo. El bloque de carga inferior debe tener al menos 25 mm (1") de espesor cuando sea nuevo. Nota2: Si la máquina de ensayo está diseñada de tal forma que la misma plataforma pueda mantenerse con su superficie en las condiciones especificadas, no se requerirá un bloque inferior. 3.4.4 El bloque de carga con rótula debe cumplir los siguientes requisitos: •

El centro de la rótula debe coincidir con el de la superficie de la cara de carga dentro de una tolerancia de ± 5% del radio de la rótula.

•

La rótula debe ser diseñada de tal forma que el acero en el área de contacto no sufra deformaciones permanentes debido al uso.

•

Las superficies de la rótula deben mantenerse limpias y lubricadas con aceite mineral, convencional. Después de entrar en contacto con el espécimen y de aplicar una pequeña carga inicial, debe evitarse cualquier movimiento adicional del bloque con rótula.

•

La porción móvil del bloque de carga debe sostenerse lo más segura que sea posible, pero el diseño debe ser tal que la cara de carga pueda girar libremente e inclinarse al menos 4° en cualquier dirección.

3.5

Indicador de Carga. La escala graduada del dial debe ser tal, que permita leer con una división de escala del 1% de la carga total de la escala. La escala debe tener una línea y un número que indique el cero (0). El puntero debe tener una longitud tal, que alcance las marcas indicadoras. El espesor del extremo del puntero no debe exceder la distancia libre entre las graduaciones más pequeñas. Cada dial debe estar equipado con un dispositivo de ajuste al cero, accesible desde afuera, y con un indicador apropiado para que en todo momento y hasta cuando sea reiniciado, indique con una exactitud del 1%, la carga máxima aplicada al espécimen. Si la máquina de ensayos indica la carga en forma digital, el número debe ser suficientemente grande para que sea legible, con un incremento numérico igual o menor al 0.05% de la carga total de la escala y dentro del 1.0% de la carga indicada en cualquier nivel dentro del rango de valores de carga dados.

4.

4.1

MUESTRAS

Preparación de especímenes de la prueba. Se tomarán los especímenes de la parte inferior, parte media y parte superior de cada culmo. Estos especímenes se marcarán con las letras C, B y S respectivamente, las probetas se deben limpiar de líquenes, musgos y sólidos adheridos al material, sin disminuir la capa

exterior de la guadua y no deberán tener defectos como grietas por secado, perforaciones por ataque biológico, hongos, etc. La prueba de compresión paralela al eje se hará con probetas cilíndricas sin y con nudo en su altura media y se tomará la longitud de los especímenes igual a 2 veces el diámetro exterior promedio, sin embargo si ésta longitud sobrepasa el espacio disponible de la maquina, la altura deberá ser una vez el diámetro exterior. Los planos de las caras extremas serán llanos y paralelos. No diferir los planos horizontales en más de 3°. Ver Norma 55 para cilindros de concreto, para geometría. Se deben descartar las probetas que desarrollen grietas en el proceso de cortado de la guadua. Las probetas deben mantener su humedad constante por lo cual el ensayo debe realzarse el mismo día de corte. El diámetro usado para calcular el área de la sección transversal de la muestra debe determinarse con una división de escala de 0.1 mm promediando tres diámetros medidos en ángulo de 120 o .

5.

PROCEDIMIENTO

5.1

Colocación de anillos de apoyo para el deformímetro mecánico. Antes de colocar la muestra en la maquina de compresión se debe seleccionar el anillo de apoyo para el deformímetro, el cual debe ser el más apropiado para cada especimen; una vez seleccionado el juego de anillos se procede a colocar la probeta en una superficie plana y nivelada. El anillo inferior se deberá dejar fijo al espécimen con ayuda de los 3 tornillos de sujeción a una altura de la probeta respecto a la base de (h-x)/2 cm. NOTA 3: El objetivo es colocar lo más simétricamente posible el juego de anillos respecto a la probeta. Donde:

h: Altura de la probeta x: Distancia desde el centro del tornillo del deformímetro de unión del deformímetro con el anillo superior y el punto de apoyo en la platina del anillo inferior.

FIGURA N° 7. Collarines tipo I

FIGURA N° 8. Vista 3D. Collarín tipo I

Posteriormente se coloca el deformímetro en el anillo superior que basculará, por medio del tornillo del deformímetro y se coloca el anillo superior en la muestra hasta lograr que el deformímetro quede en contacto con la platina del anillo inferior girando entonces el tornillo de 1 cm de diámetro hasta lograr que los dos anillos queden paralelos y a nivel. Finalmente se coloca el resorte entre los dos anillos para asegurar que no se muevan respecto al punto con deformación cero. Una vez realizado lo anterior se coloca la probeta en la máquina. NOTA 4: En caso de no usar el anterior tipo de anillos (collarines tipo I) se pueden usar los siguientes (Ver FIGURA 3) y su montaje será el mismo que para el caso anterior pero sin tener en cuenta el tornillo de 1 cm de diámetro (debido a que para este caso el anillo superior no bascula). y adicionando un deformímetro mecánico más.

FIGURA N° 9. Collarines tipo II

FIGURA N° 10. Vista 3D. Collarines tipo II

5.2

Colocación de la Muestra. Si la maquina lo requiere, colóquese el bloque de carga inferior sobre la plataforma de la máquina de ensayo directamente debajo del bloque superior. Límpiese con un paño las superficies de los bloques superiores e inferiores. Entre ambas platinas de acero de la máquina y ambos extremos del espécimen se deberá colocar una lámina de neopreno duro de espesor 1/16¨ para garantizar una distribución de carga uniforme. Ninguna

de

las

muestras

ensayadas

a

compresión

debe

separarse

de

la

perpendicularidad del eje en más de 0.5° (equivalentes a 3 mm en 300 mm aproximadamente). Cuídese que el eje del espécimen quede alineado con el centro del bloque superior. El bloque con rótula debe rotarse inmediatamente antes de proceder al ensayo, para asegurar la libertad de movimiento requerida. La carga se aplicará continuamente durante la prueba para encausar la cabeza movible de la máquina, para viajar a una velocidad constante de 0.01 mm por segundo. 5.3

Lecturas de deformación. Las lecturas del deformímetro se leerán para incrementos de carga constantes de 500 Kg. (cuando sea posible, en su defecto se debe indicar el proceso de toma de datos), para trazar con suficiente exactitud el diagrama esfuerzo-deformación. La lectura final de la carga máxima, en la cual el espécimen falla, se anotará.

5.4 6.

Tomar los especímenes para determinación de contenido de humedad.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

El esfuerzo máximo de compresión se determinará siguiendo la fórmula:

σ ult =

(

4 Fult

π De − ( De − 2e) 2 2

) , MPa

En el cual

σ ult = Esfuerzo de compresión ultimo, con una aproximación de 0.5 MPa Fult = Carga máxima a la que el espécimen falla De = Diámetro exterior promedio (teniendo en cuenta ambos extremos de la probeta) e = Espesor promedio.

Para collarines tipo I: La deformación media del material se determina por medio de

relación de triángulos.

δ media =

Lectura * A B

Para collarines tipo II: La deformación media del material se determina como el promedio de las lecturas.

δ media =

Lectura.1 + Lectura.2 2

Nota: La deformación unitaria se determina mediante la siguiente forma

ε=

δ media Lo

donde Lo: Distancia vertical entre el eje del tormillo de sujeción del deformímetro y el extremo del espigo de este,

medido una vez realizado el montaje antes del

proceso de carga. Para la determinación del modulo de Elasticidad, se define sobre la curva Esfuerzo vs. Deformación unitaria, aquellos puntos que reflejan proporcionalidad y sobre los cuales se ajusta por regresión lineal una recta; posteriormente se calcula la pendiente que será igual

al módulo de elasticidad en cada probeta. El esfuerzo máximo para determinar el límite de proporcionalidad debe tomarse igual al 55% del esfuerzo último. 7

El informe de los resultados debe incluir: Número de identificación. Diámetro y longitud (mm o pulgada). Contenido de humedad. Densidad. Módulo de elasticidad Área de la sección transversal (cm² o pulgada²). Carga máxima (KN). Esfuerzo máximo a la compresión (MPa). Defectos en el especimen. Descripción del tipo de falla.

8

CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS Determination of physical and mechanical properties of bamboo INBAR Propuesta ISO/DIS 22156, ISO/TC165N314. Laboratory Manual on Testing Methods for Determination of physical and mechanical properties of bamboo INBAR Propuesta, ISO/TC 165 N315 INDIAN IS 6874; ISO 3787

9.3 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA DE GUADUA

1.

OBJETO

1.1

Este ensayo permite determinar la resistencia a la tracción paralela a la fibra de láminas de guadua.

1.2

El ensayo consiste en aplicar unas cargas axiales a tracción a una velocidad de carga prescrita hasta que se presente la falla. La resistencia a tracción del espécimen se determina al dividir la carga máxima aplicada entre el área del elemento y, con las cargas últimas los esfuerzos últimos a tracción. El módulo de elasticidad se obtiene a partir de la pendiente de las gráficas de esfuerzodeformación (Entre un 20%-80% de la carga).

2.

USO Y SIGNIFICADO

2.1

Los resultados de este ensayo pueden ser usados como dato de esfuerzo máximo a tracción paralela a la fibra de la guadua para el diseño de estructuras.

3.

APARATOS

3.1

Un calibrador con capacidad de medir las dimensiones físicas de la probeta con aproximación de 0.1 mm

3.2

Extensómetro, capaz de medir desplazamientos con una aproximación de 0.01 mm

3.3

Manómetro indicador de carga de la máquina.

3.4

Mordazas que no permitan el deslizamiento de la lámina de guadua.

3.5

Máquina de Ensayo: La máquina de ensayo deberá tener una capacidad de carga de 20 toneladas o más y debe reunir las condiciones de velocidad expuesta en el siguiente numeral.

3.5.1 Aplíquese la carga cada 100 kg para obtener una cantidad suficiente de datos de desplazamientos para graficar. 3.5.2 Aplíquese la carga hasta que la muestra falle y regístrese la carga máxima soportada por el espécimen durante el ensayo. Anótense el tipo de falla y la apariencia de la probeta. La máquina debe operar mecánicamente y aplicar la carga de una manera continua y no en forma intermitente, y sin choques. Se hará una verificación de la calibración de la máquina de ensayo de acuerdo con la Norma ASTM E-4-83a. "Ensayo normalizado para la verificación de la carga de las máquinas de Ensayo". 4.

MUESTRAS

4.1

Preparación de especímenes de la prueba. Se tomarán láminas de una longitud igual a 50 cm. Las láminas deben tener sección constate, rectangular. Estos especímenes se marcarán con las letras C, B y S respectivamente si cepa, basa o sobrebasa y no deberán tener defectos como grietas por secado, perforaciones por ataque biológico, hongos. Las probetas se deben limpiar de líquenes, musgos y sólidos adheridos al material, sin disminuir la capa exterior de la guadua. Se deben eliminar las probetas que desarrollen grietas en el proceso de corte. Debe prevenirse la pérdida de humedad antes de realizar el ensayo.

Las dimensiones empleadas para calcular el área de la sección transversal de la muestra debe determinarse con una división de escala de 0.1 mm, promediando tres espesores y anchos medidos en diferentes secciones de la probeta.

La longitud debe medirse con una aproximación de 0.1 mm 5.

5.1

PROCEDIMIENTO

Colocación de mordazas. Debe ser una mordaza plana con textura y nivel de rugosidad específicas para que no se presente deslizamientos de las probetas.

5.2

Lecturas de alargamiento: Las lecturas del extensómetro se leerán para incrementos de carga constantes de 100 kg para trazar con suficiente exactitud diagramas esfuerzodeformación.

5.3

La lectura de la carga máxima, para la cual el espécimen falla, se anotará.

5.2

El extensómetro se puede retirar cuando se hayan tenido los datos suficientes para poder trabajar.

5.4

Toma de muestras para determinación de contenido de humedad.

6. CÁLCULOS Y RESULTADOS

La resistencia última a tracción se determinará siguiendo la fórmula:

σ ult =

Fult en MPa A

donde: σult = Esfuerzo último a la tracción paralela a la fibra, con aproximación de 0.1 MPa Fult = Carga máxima que resiste ates de fallar, en kN. A = Área de la sección (mm2) El Módulo de Elasticidad, se calcula como la pendiente de la curva esfuerzo vs. deformación unitaria determinada entre los valores de carga 0.2 Fult y 0.8 Fult

7.

El informe de los resultados debe incluir: Contenido de humedad Densidad Número de identificación. Dimensiones de la sección transversal (mm). Modulo de elasticidad Área de la sección transversal (cm² o pulgada²). Carga máxima (KN). Resistencia a la tracción (MPa). Edad del espécimen. Defectos en el espécimen. Descripción del tipo de falla.

8.

CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS Determination of physical and mechanical properties of bamboo INBAR Propuesta ISO/DIS 22156, ISO/TC165N314. Laboratory Manual on Testing Methods for Determination of physical and mechanical properties of bamboo INBAR Propuesta, ISO/TC 165 N315 INDIAN IS 6874; ISO 3787

9.4 RESISTENCIA A LA TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA DE CILINDROS DE GUADUA

1.

OBJETO

1.1

Este ensayo determina la resistencia a la tracción perpendicular a la fibra de especímenes de guadua.

1.2

El ensayo consiste en aplicar una carga de tensión perpendicular al eje de los cilindros, a una velocidad de carga prescrita(Ir a 5.3), hasta que se presente la falla. La resistencia a la tracción del espécimen se determina dividiendo la carga aplicada durante el ensayo por la sección transversal de falla.

2.

USO Y SIGNIFICADO

2.1

Los resultados de este ensayo pueden usarse como dato de resistencia ultima a la tracción perpendicular a la fibra de la guadua para el diseño de estructuras

3.

APARATOS

3.1

Un calibrador con capacidad de medir las dimensiones físicas de la probeta con aproximación de 0.1 mm.

3.2

Dispositivo de carga diseñado para lograr el efecto deseado NOTA 1: Ver mas detalle en Anexo 4. PLANO 2 y esquema 1.

FIGURA N° 11. Dispositivos de ensayos para tensión perpendicular a la fibra 3.3

Semicilindros en madera para transmisión de carga. Ver figura 11.

3.3

Máquina de Ensayo La máquina de ensayo deberá tener una capacidad de aplicación de carga de por lo menos una tonelada (10 kN) y debe reunir las condiciones de velocidad (Ver 5.3) La máquina debe operar mecánicamente y aplicar la carga de una manera continua y no en forma intermitente, y sin choques. Se hará una verificación de la calibración de la máquina de ensayo de acuerdo con la Norma ASTM E-4-83a. "Ensayo normalizado para la verificación de la carga de las máquinas de Ensayo". División de escala.- La división de escala de la máquina de ensayo, determinada con un elemento de calibración elástico, debe cumplir con los siguientes requisitos: a)

El porcentaje de error de las cargas dentro del rango propuesto para la máquina, no excederá del ± 1.0% de la carga indicada.

3.5

Dispositivos de sujeción: La máquina de ensayo debe estar equipada con dispositivos que permitan sujetar un tornillo de 6.35mm (¼’’) evitando el deslizamiento debido a las cargas de tensión.

FIGURA No 12. Vista 3D. Dispositivo de ensayo Tensión perpendicular a la fibra.

FIGURA 13. Resistencia a la tracción perpendicular a la fibra. 3.6

Indicador de Carga. La escala graduada del dial debe ser tal, que permita leer con una división de escala del 1% de la carga total de la escala. La escala debe tener una línea y un número que indique el cero (0). El puntero debe tener una longitud tal, que alcance las marcas indicadoras. El espesor del extremo del puntero no debe exceder la distancia libre entre las graduaciones más pequeñas. Cada dial debe estar equipado con un dispositivo de ajuste al cero, accesible desde afuera, y con un indicador apropiado para que en todo momento y hasta cuando sea reiniciado, indique con una exactitud del 1%, la carga máxima aplicada al espécimen.

Si la máquina de ensayos indica la carga en forma digital, el número debe ser suficientemente grande para que sea legible, con un incremento numérico igual o menor al 0.05% de la carga total de la escala y dentro del 1.0% de la carga indicada en cualquier nivel dentro del rango de valores de carga dados. 4.

MUESTRAS

4.1

Preparación de especímenes de la prueba. Se tomarán los especímenes de la parte inferior, parte media y parte superior de cada culmo. Estos especímenes se marcarán con las letras C, B y S respectivamente y no deberán tener grietas por secado, perforaciones por ataque biológico y hongos. La prueba de tensión perpendicular al eje se hará con cilindros sin nudo, y se tomará la longitud de los especímenes será aproximadamente 10 cm. Las probetas se deben limpiar de líquenes, musgos y sólidos adheridos al material, sin afectar la capa exterior de la guadua. Los planos de las caras extremas serán llanos y paralelos. Se deben eliminar las probetas que desarrollen grietas en el proceso de corte. Debe prevenirse la pérdida de humedad antes de realizar el ensayo.

4.2

El espesor usado para calcular el área de la sección transversal de la muestra debe determinarse con una división de escala de 0.1 mm, promediando por lo menos 4 medidas.

4.3

La longitud debe medirse con una aproximación de 0.1 mm

5.

PROCEDIMIENTO

5.1

Colocación del dispositivo de carga Antes de colocar la muestra en el dispositivo de carga se debe sujetar el dispositivo a la maquina. Para tal fin cada dispositivo cuenta con 1 tornillo de 6.35mm (¼’’). NOTA 2: Ver FIGURA 12

5.2

Colocación de la Muestra. Para colocar el cilindro de guadua entre los dispositivos de carga se procede a quitar las platinas horizontales desatornillando los puntos de unión, posteriormente se introduce la probeta y se escoge el juego de semicilindros de madera mas apropiado para transmitir la carga de la platina horizontal a las paredes del cilindro, hecho esto se vuelven a colocar las platinas horizontales y luego de acomodar el sistema se puede iniciar la aplicación de carga. Cuídese que el eje del espécimen quede alineado con el centro de la platina de carga y el semicilindro de madera.

5.3

Velocidad de Carga. Aplíquese la carga continuamente sin golpes bruscos. Para las máquinas de ensayo del tipo tornillo, la cabeza móvil debe avanzar a una velocidad de 1.3 mm/min (0.05 pulg/min) cuando la máquina está operando sin transmitir carga. Para las máquinas hidráulicamente operadas la carga debe aplicarse a una velocidad correspondiente a una tasa de aplicación de carga comprendida en el rango de 0.14 a 0.34 MPa/s (20 a 50 Psi/s). La velocidad escogida se debe mantener al menos durante la segunda mitad del ciclo de ensayo, para la fase de carga prevista. Durante la aplicación de la primera mitad de la fase de carga prevista, se permite una velocidad de carga mayor.

5.5

Aplíquese la carga hasta que la muestra falle y regístrese la carga máxima soportada por el espécimen durante el ensayo. Anótense el tipo de falla.

5.6

Toma de muestras para determinación de contenido de humedad.

6.

CÁLCULOS Y RESULTADOS El esfuerzo máximo de tracción se determinará siguiendo la fórmula:

σ ult =

Fult 2*e* L

N/mm2

En donde:

σ ult = Esfuerzo de tracción ultimo, con una aproximación de 0.5 Mpa Fult =Carga máxima a que el espécimen falla [N] e =Espesor promedio [cm] L = Longitud promedio del elemento 6.1 El informe de los resultados debe incluir: Contenido de humedad Densidad Número de identificación. Diámetro y longitud (mm). Área de la sección de falla (cm²). Carga máxima (kN). Resistencia a la tracción (KPa). Edad del espécimen. Defectos en el especimen. 7.

CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS Determination of physical and mechanical properties of bamboo. Laboratory Manual on Testing Methods for Determination of physical and mechanical properties of bamboo INBAR Propuesta ISO/DIS 22156, ISO/TC165N314, ISO/TC 165 N315 INDIAN IS 6874; ISO 3787

9.5 RESISTENCIA AL CORTE PARALELO A LA FIBRA DE CILINDROS DE GUADUA

1.

OBJETIVO

1.1

Este ensayo permite determinar la resistencia al corte de especímenes de guadua.

1.2

El ensayo consiste en aplicar una carga axial de compresión a los cilindros a una velocidad de carga prescrita hasta que se presente la falla. La resistencia al corte del espécimen se determina dividiendo la carga aplicada durante el ensayo entre el área de la sección longitudinal del material.

2.

USO Y SIGNIFICADO

2.1

Los resultados de este ensayo pueden usarse como dato de resistencia ultima al corte de guadua para el diseño de estructuras.

3.

APARATOS

3.1

Un calibrador con nonio capaz de medir las dimensiones físicas de la probeta con aproximación de 0.1 mm.

3.2

Máquina de Ensayo. La máquina de ensayo deberá tener una capacidad de carga de 20 toneladas y debe reunir las condiciones de velocidad

3.2.1 Velocidad de Carga. Aplíquese la carga continuamente sin golpes bruscos. Para las máquinas de ensayo del tipo tornillo, la cabeza móvil debe avanzar a una velocidad de 1.3 mm/min (0.05 pulg/min) cuando la máquina está operando sin transmitir carga. Para las máquinas hidráulicamente operadas la carga debe aplicarse a una velocidad correspondiente a una tasa de aplicación de carga comprendida en el rango de 0.14 a 0.34 MPa/s (20 a 50 Psi/s). La velocidad

escogida se debe mantener al menos durante la segunda mitad del ciclo de ensayo, para la fase de carga prevista. Durante la aplicación de la primera mitad de la fase de carga prevista, se permite una velocidad de carga mayor. 3.2.2 Aplíquese la carga hasta que la muestra falle y regístrese la carga máxima soportada por el espécimen durante el ensayo. Anótense el tipo de falla y la apariencia de la misma. La máquina debe operar mecánicamente y aplicar la carga de una manera continua y no en forma intermitente, y sin choques. Se hará una verificación de la calibración de la máquina de ensayo de acuerdo con la Norma ASTM E-4-83a. "Ensayo normalizado para la verificación de la carga de las máquinas de Ensayo". División de escala.- La división de escala de la máquina de ensayo, determinada con un elemento de calibración elástico, debe cumplir con los siguientes requisitos: a) El porcentaje de error de las cargas dentro del rango propuesto para la máquina, no excederá del ± 1.0% de la carga indicada. b) Los planos de las caras extremas serán llanos y paralelos. No deben diferir los planos horizontales en más de 3°. 3.2.3 La máquina de ensayo debe estar equipada con dos bloques de carga, de acero con caras endurecidas, uno de los cuales es un bloque con rótula el cual descansa sobre

la

superficie

superior

del

dispositivo

de

ensayo

para

obtener

una

distribución de carga, y el otro un bloque sólido sobre el cual se colocará la otra parte del dispositivo de ensayo. El bloque inferior de carga debe cumplir los siguientes requisitos:

Las superficies superiores e inferiores deben ser paralelas( tolerancia de 3°) una a la otra. El bloque debe poder asegurarse a la platina de la máquina de ensayo. El bloque de carga inferior debe tener al menos 25 mm (1") de espesor cuando sea nuevo. 3.2.4

El dispositivo de ensayo debe cumplir los siguientes requisitos: El centro del dispositivo debe coincidir con el de la superficie de la cara de carga dentro de una tolerancia de ± 5% del radio de la rótula. El dispositivo de ensayo debe ser diseñado de tal forma que el acero en el área de contacto no sufra deformaciones permanentes debido al uso Las superficies de la rótula deben mantenerse limpias y lubricadas con aceite de mineral, convencional. Después de entrar en contacto con el dispositivo y de aplicar una pequeña carga inicial, debe evitarse cualquier movimiento adicional del bloque con rótula.

3.3

Indicador de Carga. La escala graduada del dial debe ser tal, que permita leer con una división de escala del 1% de la carga total de la escala. La escala debe tener una línea y un número que indique el cero (0). El puntero debe tener una longitud tal, que alcance las marcas indicadoras. El espesor del extremo del puntero no debe exceder la distancia libre entre las graduaciones más pequeñas. Cada dial debe estar equipado con un dispositivo de ajuste al cero, accesible desde afuera, y con un indicador apropiado para que en todo momento y hasta cuando sea reiniciado, indique con una exactitud del 1%, la carga máxima aplicada al espécimen. Si la máquina de ensayos indica la carga en forma digital, el número debe ser suficientemente grande para que sea legible, con un incremento numérico igual o menor al 0.05% de la carga total de la escala y dentro del 1.0% de la carga indicada en cualquier nivel dentro del rango de valores de carga dados.

3.4

Dispositivos de ensayos para corte. Para más detalle ver Plano No 3 (Anexo 4).

Varilla lisa φ1/4¨

Platina e=2 cm

Platina e=1/4¨

Hueco φ=1/4¨

FIGURA No 14. Dispositivos de ensayos para corte paralelo a la fibra

FIGURA No 15. vista 3D. Dispositivo de ensayo

Varilla lisa φ1/4¨

4.

MUESTRAS

4.1

Preparación de especímenes de la prueba. Se tomarán los especímenes de la parte inferior, parte media y parte superior de cada culmo. Estos especímenes se marcarán con las letras C, B y S respectivamente y no deberán tener defectos, como grietas por secado, perforaciones por ataque biológico, hongos. La prueba de corte paralelo a la fibra se hará con cilindros sin y con nudo en su altura media, y se tomará especímenes de longitud igual a 2 veces el diámetro exterior promedio. Las probetas se deben limpiar de líquenes, musgos y sólidos adheridos al material, sin disminuir la capa exterior de la guadua. Los planos de las caras extremas serán llanos y paralelos Se deben eliminar las probetas que desarrollen grietas en el proceso de corte. Debe prevenirse la pérdida de humedad antes de realizar el ensayo. El diámetro usado para calcular el área de la sección transversal de la muestra debe determinarse con una división de escala de 0.1 mm promediando tres diámetros medidos en ángulo de 120 o . La longitud debe medirse con una aproximación de 0.1 mm

5.

PROCEDIMIENTO

5.1

Colocación de dispositivos de ensayo. Antes de colocar la muestra en la máquina se debe colocar la parte inferior en la rótula de la máquina, teniendo en cuenta que debe quedar centrada. Se procede a colocar la probeta y encima de esta la parte faltante del dispositivo. (Ver figura No 14) Se medirán cargas últimas para cada una de las probetas a ensayar.

5.2

Colocación de la Muestra. Cuidar que el eje del espécimen quede alineado con el centro

del

dispositivo

de

ensayo.

El

bloque

con

rótula

debe

rotarse

inmediatamente antes de proceder al ensayo, para asegurar la libertad de movimiento requerida. La carga se aplicará continuamente durante la prueba para encausar la cabeza movible de la máquina, para viajar a una velocidad contaste de 0.01 mm por segundo 5.3

Lecturas de carga. Sólo se leerán y anotarán cargas últimas y la forma en que falla.

5.4

Toma de muestras para determinación de contenido de humedad.

6.

CÁLCULOS Y RESULTADOS El esfuerzo máximo a corte paralelo a la fibra se determinará:

τ últ =

Fult MPa ∑ (txL)

Donde

τúlt = Esfuerzo a corte, con una aproximación de 0.1 MPa

Fult =Carga máxima a la cual el espécimen falla, en N. Σ(txL) = Es la suma de los cuatro productos de t y L. t = Espesor promedio de la probeta (cm) L = Longitud de la probeta (cm) 6.1

El informe de los resultados debe incluir: Contenido de humedad Densidad Número de identificación. Diámetro y longitud (mm o pulgada). Área de la sección transversal (cm² o pulgada²). Carga máxima (KN).

Edad del espécimen. Defectos en el espécimen. Descripción del tipo de falla 7. CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS Determination of physical and mechanical properties of bamboo INBAR Propuesta ISO/DIS 22156, ISO/TC165N314. Laboratory Manual on Testing Methods for Determination of physical and mechanical properties of bamboo INBAR Propuesta, ISO/TC 165 N315.

9.6 ESFUERZO MÁXIMO A FLEXIÓN DE GUADUA

1.

OBJETO

1.1

Este ensayo permite determinar la resistencia a la flexión de especímenes de guadua y su módulo de elasticidad.

1.2

El ensayo consiste en aplicar unas cargas puntuales a una distancia aproximada a los L/3 (donde se encuentre un nudo), a una velocidad de carga prescrita hasta que se presente la falla. La resistencia a flexión del espécimen se determina al encontrar el momento máximo generado para cada aplicación de carga y, con las cargas últimas los esfuerzos últimos a flexión. El módulo de elasticidad se obtiene de forma indirecta a partir de los ensayos de flexión elástica.

2.

USO Y SIGNIFICADO

2.1

Los resultados de este ensayo pueden ser usados dependiendo el tipo de falla. Si la falla es debida al corte, entonces se pueden usar los datos de esfuerzo máximo a cortante. Si la falla es debida a la flexión los datos a utilizar son los de esfuerzo máximo a flexión. Si se presenta la falla por flexión entonces estos datos no pueden ser usados para el diseño de estructuras.

3.

APARATOS

3.1

Un calibrador con capacidad de medir las dimensiones físicas de la probeta con aproximación de 0.1 mm.

3.2

Deformímetro de vástago con un recorrido de 30 milímetros y división de escala de 10 -2 milímetros.

3.3

Manómetro Indicador de carga de la máquina.

3.4

Dispositivos de apoyo y carga como el mostrado en la figura 1 y 2.

3.5

Máquina de Ensayo: La máquina de ensayo deberá tener una capacidad de carga de 20 toneladas o más y debe reunir las condiciones de velocidad expuesta en el siguiente numeral.

3.5.1 Aplíquese la carga cada 50 Kg para obtener una cantidad suficiente de datos de deflexiones para graficar. 3.5.2 Aplíquese la carga hasta que la muestra falle y regístrese la carga máxima soportada por el espécimen durante el ensayo. Anótense el tipo de falla y la apariencia de la probeta. La deflexión se mide en el centro de la luz. El deformímetro se coloca sobre su soporte apoyado en el cabezal inferior de la máquina y garantizando que el vástago del deformímetro quede en contacto con la parte inferior de la probeta, de tal forma que mida únicamente deflexiones verticales. La máquina debe operar mecánicamente y aplicar la carga de una manera continua y no en forma intermitente, y sin choques. Se hará una verificación de la calibración de la máquina de ensayo de acuerdo con la Norma ASTM E-4-83a. "Ensayo normalizado para la verificación de la carga de las máquinas de Ensayo".

Figura No 1. Dispositivos de carga para ensayos de guadua a flexión. Dimensiones en cm.

Madera

Varilla roscada φ3/8"

Platina e=6mm Madera

Figura No 2. Dispositivos de apoyo para ensayos de guadua a flexión. Dimensiones en cm. Madera Platina e=5mm Tornillo de 5/16"

Figura No 16. Dispositivo de apoyo y de carga para flexión.

Figura No 17. Vista 3D. Dispositivo de apoyo y de carga.

Guadua

4.

MUESTRAS

4.1

Preparación de especímenes de la prueba. Se tomarán

especímenes de diferentes

longitudes, de la cepa, basa y sobrebasa, respectivamente. Estos especímenes se marcarán con las letras C, B y S respectivamente y no deberán tener defectos, como grietas por secado, perforaciones por ataque biológico, hongos. La prueba de flexión se hará en vigas de diferentes luces. Hay que tener en cuenta que esta longitud no sobrepase el espacio disponible de la maquina. Las probetas se deben limpiar de líquenes, musgos y sólidos adheridos al material, sin disminuir la capa exterior de la guadua. Se deben eliminar las probetas que desarrollen grietas en el proceso de corte. Las probetas deben mantener su humedad constante por lo cual el ensayo debe realzarse el mismo día de corte. El diámetro usado para calcular el área de la sección transversal de la muestra debe determinarse con una división de escala de 0.1 mm promediando tres diámetros medidos en ángulo de 120 o . La longitud debe medirse con una aproximación de 0.1 mm 5.

PROCEDIMIENTO

5.1

Colocación de dispositivos de carga y de apoyo. Antes de colocar la muestra en la maquina se debe asegura el dispositivo de carga a la parte superior de la máquina. En la parte inferior de la máquina se colocan el riel de apoyo y dispositivos de apoyo mostrados anteriormente.

Se coloca la probeta de guadua y luego el

deformímetro en el centro de la luz en contacto con la parte inferior de la guadua.

5.2

Lecturas de deformación: Las lecturas del deformímetro se leerán para incrementos de carga constantes de 50 Kg para trazar con suficiente exactitud

diagrama esfuerzo-

deformación. 5.3

La lectura de la carga máxima, en la cual el espécimen falla, se anotara.

5.4

El deformímetro se puede retirar cuando se hayan tenido los datos suficientes para poder trabajar.

5.5

Toma de muestras para determinación de contenido de humedad.

6.

CÁLCULOS Y RESULTADOS

El esfuerzo de flexión y de corte para la carga última se determinará siguiendo la fórmula:

Figura No 18. Modelos de los ensayos a flexión

σ =

32MD1 π D − ( D1 − 2t ) 4

(

4 1

)

τ =

VQ 4V = Ib 3 A

donde: σ = Esfuerzo a flexión último, con una aproximación de 0.5 MPa τ = Esfuerzo a corte último, con una aproximación de 0.5 MPa M = Momento máximo para cada aplicación de carga. Determinado por medio de un análisis elástico de una viga estáticamente determinada. D1 = Diámetro exterior promedio (teniendo en cuenta ambos extremos de la probeta) t = Espesor promedio (mm)

V = Fuerza cortante máxima A = Área de la sección transversal (cm2) El módulo de Elasticidad (aparente), se calcula con la carga reducida al 60% ya que es este valor el más adecuado para estar dentro del rango de deformaciones elásticas, es decir, por debajo del límite de proporcionalidad. El módulo de elasticidad aparente se calcula como la pendiente de la curva factor α-deflexión.

Figura No 19. Diagrama de factor α Vs Deformación 7. El informe de los resultados debe incluir: Contenido de humedad Masa por volumen Número de identificación. Diámetro y longitud (mm o pulgada). Esfuerzo Modulo de elasticidad Área de la sección transversal (cm² o pulgada²). Carga máxima (KN). Esfuerzo máximo a la flexión o al corte (MPa). Edad del espécimen. Defectos en el espécimen.

8.

CORRESPONDENCIA CON OTRAS NORMAS

Determination of physical and mechanical properties of bamboo INBAR Propuesta ISO/DIS 22156, ISO/TC165N314. Laboratory Manual on Testing Methods for Determination of physical and mechanical properties of bamboo INBAR Propuesta, ISO/TC 165 N315 INDIAN IS 6874; ISO 3787

10 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En Colombia existe en la actualidad

las normas sismorresistentes NSR 98 que controlan los

parámetros de diseño, métodos de análisis, métodos de construcción y otros temas encaminados a garantizar la calidad en las estructuras construidas con materiales que tiene en cuenta la norma dentro de los cuales no se ha incluido alguno materiales tradicionales como lo es la guadua La velocidad de aplicación de la carga es un factor determinante en la obtención de datos precisos de resistencia máxima.

En los protocolos de ensayos se tienen en cuenta las velocidades de

aplicación de la carga.

•

HUMEDAD

La temperatura del horno para encontrar el contenido de humedad es de aproximadamente 110 oC en un periodo de 24 horas. El contenido de humedad es un parámetro físico que debe determinarse para establecer una correlación entre el comportamiento de la guadua y sus propiedades mecánicas Cada vez que se realice un ensayo para determinar las propiedades mecánicas de la guadua se recomienda determinar el contenido de humedad del material. Las probetas para determinar el contenido de humedad deben estar constituidas por un porcentaje de pared del culmo y un porcentaje del nudo para determinar una humedad promedio debido a que la planta acumula una proporción de líquidos en la zona de los nudos. Para determinar el contenido de humedad deben limpiarse las probetas de hongos, líquenes y sólidos que pueden estar adheridos a las paredes de la guadua, debido a que se pueden quemar modificando de esta forma los pesos reales de agua y sólidos.

La temperatura en el horno para secado debe mantenerse aproximadamente a 100°C durante 24 horas, si se sobrepasa este limite de tiempo la muestra se puede quemar.

•

TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA

Se tomarán laminas de longitud igual a 50 cm para ser montada e la máquina con comodidad y colocar el extensómetro en la parte media alejado de los extremos. Laminas de guadua simulando la forma de corbatín que recomiendan las normas COPANT han sido las probetas mas utilizadas pero la probeta se rompe en el ensanchamiento por cortante paralelo a la fibra. Se decide fabricar laminas de guadua de un ancho constante cercano a 2.2 centímetros. Para garantizar la falla por tracción se recomienda que la probeta posea nudo en el centro. La probeta se debe ensayar por lo menos con un nudo debido a que la resistencia es menor en esta zona. En los experimentos iniciales realizados en este proyecto se presentó deslizamiento, haciéndose necesario el cambio de mordazas de la maquina (mordazas con canal para varillas de acero, por mordazas planas) para evitar este efecto.

TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA. Las probetas para este ensayo son probetas cilíndricas sin nudo con altura igual a 10 centímetros, esta corta longitud asegura que el diámetro del cilindro sea aproximadamente constante permitiendo que los semicilindros macizos estén en contacto permanente con las paredes internas del material trasmitiendo así las cargas de una manera óptima. El dispositivo inicialmente recomendado para el desarrollo del ensayo debido ser modificado debido a que las platinas que soportaban el tormillo sometido a tracción estaban trabajando en dirección del eje débil por lo cual se rigidizó la platina superior para evitar la flexión este punto. Para trasmitir una carga uniforme en las paredes interiores de los cilindros de guadua se fabricaron semicilindros macizos, el material escogido para esto fue madera

por su economía en la

elaboración y además, en el momento de su caída cuado se presenta la falla de la probeta no implica un riesgo contra la integridad de los laboratoristas.

•

FLEXIÓN.

Se realizaron ensayos para guadua con luces cortas (2.00m). Esto debido a que la guadua solicitada a flexión presenta tres tipos de fallas: Falla por corte, cuando la luz de la guadua es menor de 1.50m; falla por flexión en luces intermedias y falla por deflexión en luces largas. En nuestro proyecto se presentó el primer tipo de falla, debido a que los dispositivos de apoyo, en este caso un riel en perfil I de 2.5m, fue insuficiente.

En proyectos de grados anteriores, en la realización de ensayos a flexión para guaduas cortas, se presentó aplastamiento en los apoyos. Por lo tanto, en este proyecto se decidió amarrar

con

cuerdas de polipropileno los extremos del elemento para poder ver la verdadera falla de las guaduas cortas; encontrándolo como una buena solución.

Se concluye gracias a la experiencia obtenida que debe evitarse el efecto de carga puntual localizada. Debido a la concentración de esfuerzos se presentó también aplastamiento donde se encontraban los dispositivos de carga, por este motivo se optó por cargar en los tabiques y no como se hizo al inicio de los ensayos que era a L/3.

La aplicación de carga de forma adecuada y en los puntos necesarios no induce a fallas locales en las probetas. Las fallas en elementos cortos de guadua, en los ensayos de flexión, dependieron en gran parte a la existencia o no del amarre en los extremos. En las probetas que no se utilizó el amarre se presentó el tipo de falla por Aplastamiento. Con la utilización de la cuerda de polipropileno amarrando los extremos de las probetas cortas (