Uniones a tracción en guadua angustifolia empleando

Universidad de La Salle Universidad de La Salle

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Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería

6-2017

Uniones a tracción en guadua angustifolia empleando varilla Uniones a tracción en guadua angustifolia empleando varilla

roscada y compuesto a base de resina poliéster y fibras naturales roscada y compuesto a base de resina poliéster y fibras naturales

Raúl Andrés Ávila Ortega Universidad de La Salle, Bogotá

José Leonardo Mora Valbuena Universidad de La Salle, Bogotá

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Uniones a tracción en guadua Angustifolia empleando varilla roscada y compuesto a base de

resina poliéster y fibras naturales

RAÚL ANDRÉS ÁVILA ORTEGA

JOSÉ LEONARDO MORA VALBUENA

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL

BOGOTÁ D.C.

2017

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 2

Uniones a tracción en guadua angustifolia empleando varilla roscada y compuesto a

base de resina poliéster y fibras naturales

Raúl Andrés Ávila Ortega.

José Leonardo Mora Valbuena.

Trabajo de Grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Civil.

Director Temático

Ingeniero Iván Mora

Universidad de La Salle

Facultad de Ingeniería

Programa de Ingeniería Civil

Bogotá D.C.

2017


Nota de aceptación

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Presidente del Jurado

____________________________

Jurado

____________________________

Jurado

Bogotá, Junio de 2017


Contenido Introducción ................................................................................................................................ 11

1. Objetivos .................................................................................................................................. 12

2. Antecedentes ............................................................................................................................ 13

3.Marco Teórico .......................................................................................................................... 18

3.1Guadua, como material en la construcción ...................................................................... 18

3.2 El fique o fibra de sisal ................................................................................................... 21

3.3 Resina de poliéster. ......................................................................................................... 23

4. Materiales ................................................................................................................................ 25

4.1 Guadua Angustifolia Kunth ............................................................................................ 25

4.2 Material de relleno de probetas. ..................................................................................... 25

4.2.1 Fique. ....................................................................................................................... 25

4.2.2 Resina poliéster. ....................................................................................................... 26

4.2.3 Trozos de Guadua. ................................................................................................... 28

5. Metodología ............................................................................................................................. 31

5.1 Caracterización de Guadua Angustifolia Kunth. ............................................................ 31

5.1.1 Ensayo de compresión paralela a la fibra. ............................................................... 31

5.1.2 Ensayo de compresión perpendicular a la fibra. ...................................................... 32

5.1.3 Ensayo de tracción paralela a la fibra. ..................................................................... 33

5.1.4 Ensayo de tracción perpendicular a la fibra. ............................................................ 34

5.1.5 Ensayo de corte paralelo a la fibra ........................................................................... 35

5.2 Caracterización del compuesto a base de resina de poliéster y fibras naturales ............ 37


5.2.1 Ensayo de Compresión. ........................................................................................... 37

5.2.2 Ensayo de Tracción indirecta. ................................................................................. 39

5.3 Caracterización de pernos. .............................................................................................. 40

5.3.1 Ensayo de tracción. .................................................................................................. 40

5.4 Elaboración de conexiones ............................................................................................. 42

5.4.1 Descripción del montaje .......................................................................................... 42

5.4.2 Descripción del ensayo. ........................................................................................... 43

5.4.3 Elaboración de probetas ........................................................................................... 44

5.4.4 Uso de Zuncho Metálico. ......................................................................................... 45

5.4.5 Relleno De Probetas. ................................................................................................ 46

5.5.1 Descripción De La Elaboración De La Conexión. .................................................. 48

5.5.2 Prueba De Carga En El Puente. ............................................................................... 51

6. Análisis de resultados ............................................................................................................. 53

6.1 Propiedades mecánicas de la Guadua Angustifolia Kunth ............................................ 53

6.1.1 Compresión paralela a la fibra de la Guadua. .......................................................... 53

6.1.2 Compresión perpendicular a la fibra. ....................................................................... 55

6.1.3 Tracción paralela. ..................................................................................................... 58

6.1.4 Tracción perpendicular ............................................................................................ 60

6.1.5 Corte paralelo. .......................................................................................................... 62

6.2 Propiedades mecánicas del compuesto a base de resina de poliéster y fibras naturales. 64


6.2.1 Compresión en compuesto a base de resina de poliéster y fibras naturales. ........... 64

6.2.2 Tracción indirecta en compuesto a base de resina de poliéster y fibras naturales. .. 68

6.3 Resistencia a la tracción de pernos. ................................................................................ 68

6.4 Unión a tracción en Guadua Angustifolia ...................................................................... 69

6.4.1 Análisis visual .......................................................................................................... 69

6.4.2 Análisis gráfico ........................................................................................................ 72

7. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................................... 77

8. Bibliografía .............................................................................................................................. 79


Lista de figuras

FIGURA 1. CELY & CRUZ. 2013. MODELO CON LA GEOMETRÍA GENERAL DEL MÓDULO .................................................................. 14

FIGURA 2. MONTAJE A TRACCIÓN. FUENTE: RECUPERADO DE TRABAJO DE GRADO EDWIN HELÍ FLÓREZ, 2003 UNIVERSIDAD NACIONAL DE

COLOMBIA. PÁG. 34 ............................................................................................................................................... 15

FIGURA 3. MUESTRA DE GUADUAL .FUENTE: HTTP://FILOSOFIA6ALTSM.BLOGSPOT.COM.CO .......................................................... 18

FIGURA 4.MORFOLOGÍA DE LA GUADUA ING. EDWIN FORERO FUENTE: TESIS DE GRADO. SIMÓN VÉLEZ. .......................................... 19

FIGURA 5. CULTIVO DE FIQUE O CABUYA. FUENTE: HTTP://WWW.CHEMISTRY2011.ORG ............................................................... 21

FIGURA 6 . MUESTRA CAMPESINA DEL CULTIVO DE FIQUE. FUENTE: HTTP://AGROINDUSTRIAHOY.BLOGSPOT.COM.CO .......................... 22

FIGURA 7. FIBRA DE FIQUE ................................................................................................................................................. 26

FIGURA 8. MONÓMERO DE ESTIRENO. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ...................................................................................... 27

FIGURA 9. CATALIZADOR DE RESINA MEC FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA .................................................................................. 27

FIGURA 10. MUESTRA DE RESINA DE POLIÉSTER LÍQUIDA. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ............................................................. 27

FIGURA 11. TROZOS DE GUADUA FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA .............................................................................................. 28

FIGURA 12. PERNO ½”. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA .......................................................................................................... 29

FIGURA 13. TUERCA EMPLEADA EN ENSAYOS Y UNIONES. ......................................................................................................... 29

FIGURA 14. ARANDELAS. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ......................................................................................................... 30

FIGURA 15 NEO LITE. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA. ............................................................................................................ 30

FIGURA 16. PLATINAS USADAS EN EL ENSAYO DE COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA DE LA GUADUA FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ..... 32

FIGURA 17. MONTAJE PARA ENSAYO DE COMPRESIÓN PARALELA A LA GUADUA. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) .............................. 32

FIGURA 18. MUESTRA DE PROBETAS PARA ENSAYOS DE COMPRESIÓN PERPENDICULAR. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ....................... 33

FIGURA 19. MUESTRA DE ENSAYO. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ......................................................................................... 33

FIGURA 20. MUESTRA PROBETA PARA ENSAYO DE TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA DE LA GUADUA CON NUDO. .................................. 34

FIGURA 21. PROBETAS PARA SER ENSAYADAS A TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA DE LA GUADUA. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA. . 34

FIGURA 22. MONTAJE DE ENSAYO DE TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA DE LA GUADUA. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA. .............. 35

FIGURA 23. DISPOSITIVOS EMPLEADOS PARA LA APLICACIÓN DE LA CARGA EN ENSAYO DE CORTE PARALELO A LA FIBRA. (FUENTE:

ELABORACIÓN PROPIA) ............................................................................................................................................. 35

FIGURA 24. PROBETAS CON NUDO PARA ENSAYO DE CORTE PARALELO A LA FIBRA DE LA GUADUA. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ...... 36


FIGURA 25. PROBETAS SIN NUDO PARA ENSAYO DE CORTE PARALELO A LA FIBRA DE LA GUADUA. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ........ 36

FIGURA 26. MONTAJE PARA ENSAYO DE CORTE PARALELO A LA FIBRA DE LA GUADUA. ................................................................... 37

FIGURA 27. PROBETAS PARA ENSAYO DE CARACTERIZACIÓN DE COMPUESTO. ............................................................................... 37

FIGURA 28. PROBETA PARA ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ...................................................... 39

FIGURA 29. PERNOS PARA REALIZAR EL ENSAYO DE TRACCIÓN. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ..................................................... 40

FIGURA 30. PERNO ENSAYADO EN LA MÁQUINA UNIVERSAL.( FUENTE ELABORACIÓN PROPIA.) ........................................................ 41

FIGURA 31. MONTAJE PARA UNIONES A TRACCIÓN. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA).................................................................... 42

FIGURA 32. MONTAJE A TRACCIÓN PARTE SUPERIOR E INFERIOR. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) .................................................. 43

FIGURA 33. TIPO DE FALLA EN UNIÓN. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ..................................................................................... 44

FIGURA 34. DESCRIPCIÓN DE PERFORACIONES (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ........................................................................... 45

FIGURA 35. ZUNCHO METÁLICO EN PROBETAS. ....................................................................................................................... 45

FIGURA 36. PUENTE DE GUADUA DONDE SE IMPLEMENTARON LAS CONEXIONES. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ............................ 46

FIGURA 37. CONSTRUCCIÓN DE MÓDULO DE PUENTE DE GUADUA. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ............................................... 47

FIGURA 38. MUESTRA DE CONEXIÓN. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ...................................................................................... 48

FIGURA 39. RELLENO DE UNIÓN. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ............................................................................................ 49

FIGURA 40. RELLENO DE TROZOS. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ........................................................................................... 49

FIGURA 41. ADICIÓN DE MEZCLA EN UNIÓN (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) .............................................................................. 50

FIGURA 42. SELLADO DE UNIÓN (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ............................................................................................. 50

FIGURA 43. PUENTE EN GUADUA. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ........................................................................................... 51

FIGURA 44. FALLA DEL PUENTE. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ............................................................................................. 52

FIGURA 45. PUENTE ADECUADO PARA PASO DE VEHÍCULO. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) .......................................................... 52

FIGURA 46. COMPARACIÓN DE DATOS DE ESFUERZO A COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ................ 54

FIGURA 47. ARDILA, C (2013). RESISTENCIA ÚLTIMA ENSAYO A COMPRESIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA (CP) VS CONTENIDO DE HUMEDAD

(CH). [FIGURA 10,4] (FUENTE: RECUPERADO DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN DE ARDILA, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA)

........................................................................................................................................................................... 58

FIGURA 48. CONTENIDO DE HUMEDAD HALLADO EN DIVERSAS INVESTIGACIONES EN LOS ENSAYOS DE TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA

DE LA GUADUA ANGUSTIFOLIA KUNTH (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ............................................................................ 62


FIGURA 49. STRAINGAGE ADHERIDO A LA PROBETA PARA CARACTERIZACIÓN DE COMPUESTO. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ............ 66

FIGURA 50. CHASIS CDAQ-9174, NATIONAL INSTRUMENTS. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ..................................................... 66

FIGURA 51. GRÁFICA ESFUERZO-DEFORMACIÓN DE UN CILINDRO DE COMPUESTO.( FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ........................... 67

FIGURA 52. FALLA POR TRACCIÓN DIAMETRAL (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ........................................................................... 69

FIGURA 53. FALLA POR CORTE CONTROLADA POR ZUNCHO ....................................................................................................... 70

FIGURA 54. FALLA POR CORTE (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA)................................................................................................ 71

FIGURA 55. FALLA POR CORTE DE PERNO (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA).................................................................................. 71

FIGURA 56. INFLUENCIA DEL DIÁMETRO DEL TABIQUE.(FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ................................................................. 73

FIGURA 57. INFLUENCIA DEL ESPESOR DEL TABIQUE. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ................................................................... 74


Lista de tablas

TABLA 1 RESULTADOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA ....................................... 53

TABLA 2 COMPARACIÓN DE RESULTADOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA ......... 54

TABLA 3 RESULTADOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA DE LA GUADUA .... 56

TABLA 4 COMPARACIÓN RESULTADOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA DE

LA GUADUA ........................................................................................................................................ 56

TABLA 5 RESULTADOS DE RESISTENCIA A TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA DE LA GUADUA .................. 59

TABLA 6 COMPARACIÓN DE RESISTENCIA A TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA DE LA GUADUA CON NUDO

............................................................................................................................................................ 59

TABLA 7 RESULTADOS DE RESISTENCIA A LA TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA DE LA GUADUA ... 60

TABLA 8 COMPARACIÓN DE RESISTENCIA A TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA DE LA GUADUA ..... 61

TABLA 9 CONTENIDOS DE HUMEDAD EN ENSAYOS..................................................................................... 61

TABLA 10 RESULTADOS DE RESISTENCIA AL CORTE PARALELO A LA FIBRA DE LA GUADUA PARA

PROBETAS CON NUDO. ........................................................................................................................ 63

TABLA 11 RESULTADOS DE RESISTENCIA AL CORTE PARALELO A LA FIBRA DE LA GUADUA PARA

PROBETAS SIN NUDO ........................................................................................................................... 63

TABLA 12 COMPARACIÓN RESULTADOS DE RESISTENCIA AL CORTE PARALELO A LA FIBRA DE LA GUADUA

............................................................................................................................................................ 64

TABLA 13 RESULTADOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE RESINA DE POLIÉSTER ................................. 65

TABLA 14 RESULTADOS DE RESISTENCIA A TRACCIÓN INDIRECTA DE COMPUESTO .................................. 68

TABLA 15 RESULTADOS DE RESISTENCIA A LA TRACCIÓN DE LA VARILLA DE 1/2" ................................... 68

TABLA 16 RESULTADOS DE ENSAYOS DE TRACCIÓN .................................................................................. 73


Introducción

La implementación de la guadua Angustifolia como un material de construcción por su

excelente comportamiento frente a solicitaciones de cargas, resistencia y la virtud de ser un recurso

natural renovable, induce a desarrollar nuevos métodos y diseños en el desarrollo de estructuras,

de esta manera se pretende desarrollar una unión que responda de manera satisfactoria a un

esfuerzo de tracción.

En la actualidad el mortero se presenta como el material de uso prioritario para este tipo de

unión sometido a tracción, por ser común en el medio, pero sus cambios volumétricos durante su

endurecimiento afectan de manera considerable los canutos de guadua donde fragua el mortero, y

cabe resaltar que no hay adhesión entre el cuerpo de guadua y el mortero endurecido, así como se

concluyó en la investigación de Uniones a tensión en Guadua con mortero y Varilla realizada por

Flórez.

El compuesto en desarrollo a base de resina poliéster y fibras naturales presenta una adherencia

significativa con las paredes de la guadua logrando una mayor resistencia a la tracción,

adicionalmente dicho compuesto no presenta cambios volumétricos por lo cual se descarta la

afectación en rajaduras en los canutos de guadua.

Esta investigación pretende evaluar el comportamiento de una unión sometida a tracción de

guadua Angustifolia, rellena de un compuesto a base de fibras naturales, resina poliéster y

adicional una varilla embebida longitudinalmente en medio de la conexión. Además de esto validar

la viabilidad de usar la conexión en una estructura en guadua Angustifolia.


1. OBJETIVOS

1.1 Objetivo general

Determinar el comportamiento mecánico a tracción de un tipo de conexión para una

estructura en guadua angustifolia, usando un perno embebido en un material compuesto a base de

resina poliéster y fibras naturales.

1.2 Objetivos específicos

Determinar las propiedades mecánicas de la guadua Angustifolia Kunth, el material de relleno

a base de resina de poliéster y fibras naturales así como también de los pernos implementados en

las conexiones.

Determinar la resistencia a la tracción de un tipo de conexión para una estructura de guadua

angustifolia usando un perno embebido con un material compuesto a base de resina de poliéster y

fibras naturales.

Validar la viabilidad de la construcción de un tipo de conexión para una estructura en guadua

angustifolia, usando un perno embebido en material compuesto a base de resina de poliéster y

fibras naturales como relleno, mediante su implementación a una estructura a escala real.


2. ANTECEDENTES

La guadua (Guadua Angustifolia Kunth) es una planta leñosa, proveniente de la familia del

bambú, se caracteriza por ser una de las especies forestales renovables mejor representada en

nuestro país. Gracias a que es una planta nativa de Colombia y de fácil acceso, es utilizada como

material de construcción, pues reduce los costos, entre otras ventajas como son sus propiedades

físicas y mecánicas de resistencia, dureza, efecto climatizado y sismo resistencia. (Gutiérrez, 2011)

Como se enunció en un comienzo, una de las variables más significativas en el presente

estudio, es la evaluación de un relleno en las conexiones, buscando materiales alternativos al

mortero y al concreto, incluye una perforación para agregar el material; estudiando el efecto de

aplastamiento y las consecuencias que tienen las perforaciones en los cañutos de guadua,

elaboradas con el fin de introducir el mortero que sirve como material de relleno, Prada &

Zambrano (2003) ensayaron una solución epóxica para disminuir los efectos de éstos cuando se

somete el cañuto a esfuerzos de compresión, variando el diámetro de la perforación, el mortero de

relleno, y tapando la perforación con la masilla epóxica. Prada y Zambrano encontraron que,

aunque la masilla epóxica presenta muchas ventajas en cuanto a su aplicación, acceso, durabilidad

y bajo costo, no es suficiente para solucionar a cabalidad los problemas que causan las

perforaciones, pero aseguran que mejora notablemente la resistencia de la Guadua cuando se

somete a esfuerzos de compresión, teniendo en cuenta que la solución epóxica proporciona a la

pared de la Guadua una continuidad que aumenta la resistencia del cañuto.

Cely y Cruz (2013) determinaron la resistencia de los elementos que conforman la sección

de un puente peatonal modular construido en guadua Angustifolia Kunth mediante el modelo


presentado en la Figura 1. En el cual determinaron los valores de resistencia que tenían

cada uno de los elementos y analizaron los tipos de falla que se presentaron. En esta

investigación se realizaron ensayos de compresión, flexión y tracción a los elementos del

puente. Se concluyó que el uso de mortero como material de relleno aumenta

considerablemente el peso de los elementos de la estructura, y se recomienda investigar

alternativas que mejoren este problema.

.

Figura 1. Cely & Cruz. 2013. Modelo con la geometría general del módulo

Una de las razones, para buscar alternativas en materiales de relleno, es la poca adherencia

que hay entre el mortero de relleno y las paredes de la Guadua, esto se debe al cambio volumétrico

que se genera con la retracción del mortero cuando llega a su resistencia máxima. Al someter a

tensión la conexión, el bloque de mortero únicamente se apoya en el tabique, generando un

punzonamiento directo sobre este, haciendo la conexión más susceptible a la falla. Esto motivó a

Flórez a estudiar el comportamiento de dicha conexión a tensión, pero ahora con la ayuda de un


aditivo expansor en el mortero; la unión consistió en un espécimen con cuatro canutos de guadua

rellenos de mortero, dos varillas (una a cada extremo) completamente independientes y una varilla

embebida abarcando dos entrenudos. En las probetas se evidencia que la forma de barril que toma

el mortero dentro del cañuto de Guadua, hace que aparezca un agrietamiento longitudinal en las

paredes de la guadua, los problemas de exudación y segregación influyeron en la expansión de las

mezclas, así que el aditivo expansor no reaccionó, ni causó ningún efecto ya que aunque se expande

el mortero, la adherencia entre éste y la Guadua no aumenta debido a la capa interna de la guadua

que no permite desarrollar una mayor fuerza de fricción entre la Guadua y el mortero (Figura 2).

Figura 2. Montaje a tracción. Fuente: Recuperado de Trabajo de grado Edwin Helí Flórez, 2003 Universidad

Nacional de Colombia. Pág. 34

Astut, Bambang, Suprapto&Djoko (2014), investigaron acerca de la distancia crítica de los

pernos en las conexiones en bambú Dendrocalamus, la cual se define como la distancia máxima

del perno hasta el final del tallo de bambú sin nudos. Concluyeron que la resistencia al corte es

una de las principales propiedades mecánicas de este tipo de bambú, la cual es un parámetro para

analizar la distancia del perno hasta el final de los troncos de bambú sin nudo, establecieron que

esta distancia debe ser igual a 4 o 5 veces el diámetro externo del bambú.

Phanratanamala (2014), quien en su investigación, acerca del comportamiento estructural

de los conectores en el bambú, concluyó que utilizar pernos metálicos en la unión de elementos


proporciona una gran rigidez. Igualmente se realizaron ensayos donde muestran que los pernos

embebidos en mortero funcionan mejor en solicitaciones a tracción que a compresión.

Phanratanamala determinó un valor promedio de la resistencia a la compresión y a la tracción,

cuyos valores son 80 MPa y 180-200 MPa respectivamente, corroborando así que el bambú posee

una alta resistencia a la tracción comparándola con la resistencia a la compresión.

Por otra parte, Pachón & Sanabria (2014) en su investigación para encontrar la influencia

del diámetro del perno en la resistencia al cizallamiento doble en conexiones empernadas de

Guadua Angustifolia, afirman que el espesor de la Guadua influye directamente en la resistencia

de la conexión, aumentándola de manera exponencial. Tres tipos de fallas fueron evidenciadas,

longitudinal, por asimetría y fluencia; la primera desprende los nudos ocasionando que falle

completamente, la segunda es ocasionada por la variabilidad en el espesor de la Guadua a lo largo

del espécimen, y la última ocurrió por no ajustar el perno con la presión adecuada.

El fique o fibra de sisal ha sido utilizada para mejorar el comportamiento de otros

materiales de construcción tales como el concreto y el mortero. Sosa, Águila, & Centeno (2011)

estudiaron el desempeño que tienen las fibras de sisal en el concreto reforzado que se usa para la

construcción de paneles exteriores, y evaluaron propiedades como: la trabajabilidad basada en el

asentamiento, peso unitario del concreto fresco, resistencia a la flexión, resistencia a la compresión

y módulo de elasticidad. Caracterizaron los materiales tales como cemento, agregado y fibras,

mediante ensayos de laboratorio y para la fibra de sisal encontraron una densidad de 1,45 g/cm3;

la dosificación del mortero en relación agua fue de 0,6 y de cemento/arena fue de 1:4 = 0,25. Para

calcular el porcentaje de fibra en el mortero utilizaron la siguiente ecuación % fibra en el mortero

= m3 de fibra x 100/m3 de mortero, este porcentaje de fibras osciló entre 0 y 1 % variando también

la longitud de las fibras entre los especímenes. Del mortero con fibra de sisal concluyen que al


momento en que alcanza la carga de rotura, se comporta de manera plástica y no frágil como suele

serlo sin fibras de sisal, esto lo hace utilizable para paneles de cerramiento debido a su

comportamiento plástico antes de llegar al fallo final. Evidenciaron en las pruebas a flexión que la

fibra de sisal no marca una tendencia de mejoramiento, sin embargo en las fibras cortas de sisal

y en porcentajes pequeños se obtuvieron valores mayores de resistencia que el patrón.

García (2011) en su artículo titulado “fibras y materiales de refuerzo: los poliésteres

reforzados aplicados a la realización de piezas en 3D” define los FRP como los materiales

reforzados con fibras que en inglés es “Fiber Reinforced Plastics” y en español PRF que significa

Plásticos Reforzados con Fibras. Su composición química consta de una matriz resina y un

refuerzo, la primera puede ser una resina de poliéster o algún otro tipo de resina como poliuretano

y acrílica, y el refuerzo que pueden ser fibras o tejidos tales como las fibras de vidrio. Garcia,

considera que la adición de fibras a la resina mejora propiedades como la fragilidad, eleva la

resistencia mecánica en la dirección de las fibras, eleva la ligereza, y además otorga flexibilidad.

Para determinar qué tipo de fibra usar como refuerzo, el autor enumera los aspectos a tener en

cuenta, el primero es que ha de ser de calidad y completamente compatible con la resina de

poliéster, seguido de que debe estar exento de humedad, luego deberá ser impregnado con la resina

y por último se deberán conocer todas las características del refuerzo.

La tracción en la Guadua fue estudiada por Pacheco (2006) quien concluyó, luego de

realizar 60 ensayos de probetas con nudo y 360 ensayos de probetas sin nudo en 3 secciones de

la Guadua, que la resistencia a la tracción perpendicular a la fibra en Guadua Angustifolia es

mayor en probetas con nudo en un 38,7 % en comparación con probetas sin nudo.


3.MARCO TEÓRICO

3.1Guadua, como material en la construcción.

Los bambúes son un elemento común en América. Hasta el momento se registran bambúes

nativos en todos los países del continente americano con excepción de Canadá. Por sus grandes

cualidades como el rápido crecimiento, gran versatilidad y resistencia, esta maravillosa gramínea

ha sido de gran utilidad para el hombre a lo largo de su historia. (Londoño, 2002)

La guadua (Guadua angustifolia Kunth) es una planta leñosa, proviene de la familia del

bambú, se caracteriza por ser una de las especies forestales renovables mejor representada en

nuestro país. Gracias a que es una planta nativa y de fácil acceso, es utilizada como material de

construcción pues reduce los costos, entre otras ventajas como son sus propiedades físicas y

mecánicas de resistencia, dureza, efecto climatizado y sismo resistencia. (Gutiérrez, 2011)

(Figura 3).

Figura 3. Muestra de Guadual .Fuente: http://filosofia6altsm.blogspot.com.co


Los tallos de Guadua con sus más de 30 m. de altura se dividen en cañas de longitud de

menor tamaño en un promedio estandar de 6 metros y según su posición en la planta se establecen

3 secciones diferenciadas) (Figura4).

Sobrebasa: presenta paredes finas pero mantiene un alto contenido en fibra.Es tulizada en

la construcción, para mobiliario auxiliar, viguetas y rastreles.

Basas: son esbeltas y muy ligeras en relación a su enorme resistencia, mantienen muy bien

el diámetro exterior y son muy fibrosas, por lo que son las piezas más usadas en construcción,

especialmente en la fabricación de vigas y cerchas compuestas.

Cepas: presentan un gran espesor de pared, entrenudos cortos y por su elevada resistencia

a compresión son perfectas para construcción de columnas.

Estructura de la guadua

Figura 4.Morfología de la guadua Ing. Edwin Forero Fuente: Tesis de Grado. Simón Vélez.


La guadua presenta características importantes en cuanto a sus propiedades físico-

mecánicas, entre estas sobresale una excelente firmeza a compresión y una buena resistencia al

corte paralelo, esto sumado a la gran flexibilidad que presenta; estas cualidades hacen que la

guadua se convierta en una herramienta interesante para la bioconstrucción, donde actualmente

está catalogada como material estructural sismo-resistente. La importante resistencia y flexibilidad

que caracterizan la guadua se debe principalmente al elevado porcentaje de fibra presente en su

estructura y el alto contenido en sílice en su cara exterior.

Gracias a la morfología propia de la Guadua el diámetro de las cañas de esta variedad es

muy constante, con un valor medio de reducción entre 2 y 3 mm por metro lineal.

El espesor de pared puede variar de 0,5 a 3 cm, aunque lo habitual es observar paredes

gruesas. La rectitud o curvatura mínima que presentan se consigue gracias a una cuidadosa

selección en origen (Bambusa, 2015).

La unión entre elementos estructurales es un paso obligatorio que se realiza en cualquier

proceso constructivo de una obra civil, ya que a través de las conexiones las cargas se trasmiten

de un miembro a otro, por esto la importancia que se le debe dar al detalle de la conexión, es clave

para tener un buen diseño y construcción, independientemente del tipo de material que se utilice.

Al considerar la guadua como material para la construcción, implica que se debe realizar un estudio

adecuado de los tipos de uniones que se emplearán, manejando parámetros similares a los

empleados en materiales convencionales (Nolivos Valiente, 2010).


3.2 El fique o fibra de sisal.

El cultivo del fique ha sido considerado desde hace mucho tiempo un medio de sustento para

muchos habitantes en el país, su importancia ha venido creciendo de manera favorable gracias al

desarrollo alcanzado en los últimos años, motivo por el cual, se han registrado avances

significativos en las formas tradicionales de producción y se han creado nuevos productos con la

materia prima, lo cual ha originado la aparición de una gran variedad de artículos en fibra de fique

de gran aceptación en los mercados nacional e internacional.

El fique tiene su origen en la América Tropical, donde se presentan condiciones climáticas

apropiadas para su cultivo durante todo el año. En Colombia se siembra en la parte alta de la sierra

templada y fría como en los departamentos de Cauca, Nariño, Santander, Antioquia y Boyacá

(Figura 5).

Figura 5. Cultivo de fique o Cabuya. Fuente: http://www.chemistry2011.org

El proceso de desfibración de la hoja se realizaba de forma manual y su hilado de igual forma

o en telares. Los talleres artesanales se fueron desarrollando poco a poco y la demanda de


productos, en especial la de costales. Evolucionó de manera considerable hacia finales del siglo

XIX, con el inicio de las exportaciones de café.

En el proceso de desfibración, la fibra y la savia verde se adhieren obligando a lavar el fique;

cuando la lluvia es muy frecuente en algunas regiones, las máquinas centrifugadoras secan la fibra

que luego pasa por desecadora de aire caliente, para eliminar el polvo que pueda haberse adherido

a la fibra y quitar las fibras débiles, debe someterse a un proceso de cepillado industrial (Figura 6).

Figura 6 . Muestra campesina del cultivo de fique. Fuente: http://agroindustriahoy.blogspot.com.co

De la planta de fique solo es utilizable un 4% de la fibra, el agua ocupa un 85% y lo demás son

desperdicios de pulpas y fibrillas. Dentro de las propiedades de la fibra de fique se encuentra su

color que puede variar entre perla y blanco puro, puede alcanzar hasta los 160 centímetros de largo,

con un diámetro de hasta ½ milímetro; alrededor del 78% de la fibra está compuesta por celulosa,

que es la responsable de la degradación de la fibra al ser utilizada en un medio alcalino como en

el cemento. Su capacidad de absorción y resistencia a la acción destructora del agua salada la hacen

atractiva para la elaboración de cordelería marítima. (Sosa, Águila, & Centeno, 2011).


3.3 Resina de poliéster.

En su origen es un producto sólido similar a un trozo de vidrio que puede pasar a líquido

por medio de una reacción química, involucrando una proporción de disolvente “Estireno” que la

convierte en el fluido como se conoce. La resina necesita de otro material para lograr una

resistencia suficiente, este material es conocido como catalizador, hace de la resina un material

óptimo para diferentes usos, disminuyendo su fragilidad y aumentando su resistencia a

deformaciones por fuerzas externas. La resina de poliester es empleada en artesanías, articulos

para el hogar, juguetes y en la fabricación de elementos de proteccion como cascos, chalecos

antibalas, entre otros.

Las resinas de poliéster surgen de una reacción llamada esterificación, se basa en hacer

reaccionar ciertos ácidos orgánicos, denominados ácidos di-o poli-carboxílicos, con un grupo de

alcoholes denominados Polioles. La gran versatilidad de las resinas de poliéster insaturado incide

en la amplia variación que puede llegar a tener la resina en cuanto a su método de fabricación y

composición, permitiendo fabricar resinas para diferentes requisitos de aplicación debido al gran

número de componentes de la resina. Los ácidos o anhídridos insaturados o saturados hacen que

cada resina tenga diferente reactividad y propiedades finales diferentes.

Al añadirle catalizador la combinación crea una serie de radicales libres que provocan que

los elementos químicos de la resina se enlacen formando así una red que hace un cambio en sus

propiedades físicas y químicas inicialmente volviendo el líquido un poco gelatinoso para en una

segunda reacción convertir la mezcla en estado sólido, adquiera dureza, cuerpo y resistencia.

Las cargas son aquellos materiales que se le añaden a la resina para dar determinadas

propiedades, pueden ser reforzantes, no reforzantes e ignifugas. Las reforzantes son aquellas que

permiten repartir regularmente los esfuerzos, se caracterizan por su bajo peso específico, el


porcentaje que se debe usar no debe exceder el 5% del volumen total de la resina, las no

reforzantes, como es el caso del carbonato de calcio, que mientras disminuye el costo y

aumenta la viscosidad y las ignifugantes que ayudan a reducir la combustión, entre ellos se

encuentran los hidróxidos de aluminio y óxidos de antimonio. (RESINAS DE POLIESTER

Y FIBRA DE VIDRIO. (ESTRATIFICADO))


4. MATERIALES

4.1 Guadua Angustifolia Kunth

Los culmos o tramos de guadua usados para la elaboración de las conexiones para esta

investigación fueron comprados en “Arme ideas en Guadua” (empresa ubicada en el municipio de

Soacha, Cundinamarca encargada de comercializar Guadua). Las Guaduas son cultivadas y

tratadas en unos predios localizados en el eje cafetero departamento del Quindío, en donde se

encargan de realizar el respectivo proceso de inmunización, el cual es fundamental para cuidar la

madera de agentes biológicos que afectan la madera cuando está en estado natural. Generando

mayor durabilidad y garantizando los procesos mínimos de calidad, que debe cumplir este material

para su uso en la construcción.

La guadua se solicitó en longitudes de tres metros y los diámetros se seleccionaron según la

metodología desarrollada en la presente investigación. El diámetro osciló entre los 80 mm y 120

mm. Una vez cortada se cubrió y protegió de agentes externos como agua, luz solar y aire, para

conservar su humedad y reducir el número de fisuras que pueden alterar los resultados de los

ensayos.

4.2 Material de relleno de probetas.

El relleno de las probetas se compone de varios materiales: Resina de poliéster, fibra de fique

y trozos de guadua de 10 mm x 10mm. A continuación se especifica cada elemento del compuesto.

4.2.1 Fique.

Es utilizado en el compuesto no tiene características especiales, es un fique comercial fácil de

adquirir y de manipular, la longitud de las fibras óptima para el compuesto tiene una longitud que

varía entre 20 mm y 25 mm con un espesor de 1 mm y la cantidad de fibras para cada probeta que


se determinó experimentalmente corresponde al 3% del volumen del canuto. En la figura 7 se

muestra la fibra lista para ser parte del relleno de la Guadua.

Figura 7. Fibra de fique

4.2.2 Resina poliéster.

La resina de poliéster es el material base del compuesto, su alta resistencia a la compresión lo

hace un material excelente para usarse como relleno de Guadua en conexiones, el fique es agregado

para mejorar la resistencia a tracción de la resina y los trozos de Guadua para disminuir el volumen

ocupado por la resina, bajar el costo del relleno y mejorar propiedades mecánicas del relleno.

La resina de poliéster se compró en Alquímicos, se mezcló con monómero de Estireno (Figura

8) en una relación 2:1 resina-Estireno respectivamente, que ayuda a mejorar la viscosidad de la

resina para garantizar una mejor manejabilidad del compuesto y que este a su vez penetre la fibra

de fique y los pequeños trozos de guadua. Para cambiar el estado de la resina de liquida a sólida,

es necesario utilizar peróxido (Figura 9), es un catalizador encargado de hacer reaccionar la resina,

el cual se agrega en un 3% del volumen de la resina, con esta cantidad de catalizador el tiempo de

fraguado de la mezcla es de aproximadamente 15 minutos, la mezcla queda totalmente sólida y sin

fracturarse (Figura 10).


Para el proceso de manipulación de la mezcla se recomienda utilizar guantes de protección

y mascarilla con filtros de carbono, teniendo en cuenta las recomendaciones estipuladas en la ficha

técnica del producto y del proveedor.

Figura 8. Monómero de Estireno. Fuente: Elaboración propia

Figura 9. Catalizador de Resina MEC Fuente: Elaboración propia

Figura 10. Muestra de Resina de Poliéster líquida. Fuente: Elaboración propia


4.2.3 Trozos de Guadua.

Los trozos de guadua cumplen dos funciones importantes, una es la resistencia del relleno, la

otra es ocupar más espacio dentro de los canutos de guadua, así el volumen de la mezcla (Resina,

Estireno y MEC) va a ser menor, reduciendo el costo lo que hace viable el uso de este compuesto.

Los trozos de guadua (Figura 11) se cortaron a un tamaño de 10 mm x 10 mm; este

tamaño se estableció para lograr un mejor acomodamiento de los trozos, ocupando el mayor

espacio posible dentro del canuto y que la mezcla se distribuyera uniformemente dentro de

cada canuto.

Figura 11. Trozos de guadua Fuente: Elaboración propia

4.3 Pernos.


Se usó un diámetro de varilla roscada de 1/2”, la varilla se adquirió en longitudes de

3 metros (Figura12).

4.4 Tuercas, arandelas y suplementos.

Se usaron tuercas hexagonales (Figura 13) y arandelas planas de grado 2 (Figura14), además

láminas de Neo lite de aproximadamente 5 mm de espesor (Figura 15), con una perforación circular

de 1/2" en el centro ubicada antes de la arandela, con el fin de evitar punzonamiento en las probetas

de guadua.

Figura 12. Perno ½”. Fuente: Elaboración propia

Figura 13. Tuerca empleada en ensayos y uniones.


Figura 15 Neo lite. Fuente: Elaboración propia.

.

Figura 14. Arandelas. Fuente: Elaboración propia


5. METODOLOGÍA

Los métodos de ensayo para evaluar las propiedades físicas y mecánicas de la Guadua

angustifolia Kunth se tomaron de referencia en la Norma Técnica Colombiana NTC 5525.

(ICONTEC, 2007)

La norma comprende los ensayos que se van a realizar sobre segmentos de Guadua angustifolia

Kunth, para obtener resultados de laboratorio, los cuales se pueden utilizar para establecer valores

y resistencias. Los resultados también se pueden usar para establecer la relación de propiedades

físicas y factores mecánicos, como contenido de humedad, densidad, sitio de cultivo, posición a lo

largo del culmo, presencia de nudo y entrenudo, contracción, compresión, flexión, corte y tensión

etc, para las funciones de control de calidad (p.1)

5.1 Caracterización de Guadua Angustifolia Kunth.

5.1.1 Ensayo de compresión paralela a la fibra.

Este ensayo fue realizado bajo la norma NTC 5525 “métodos de ensayo para determinar las

propiedades físicas y mecánicas de la guadua”. Solo se evaluaron probetas sin nudo como lo

estipula la norma, la altura de las probetas fue de aproximadamente 1,5 veces el promedio de los

diámetros externos de las caras superiores e inferiores de cada probeta (Figura 16). De igual

manera, después de realizar el corte con la máquina acolilladora, se perfeccionaron las caras con

el fin de que al momento de aplicar la carga mediante la máquina universal, la distribución se

hiciera uniformemente sobre la cara superior.

Se usaron dos platinas, superior e inferior, untadas de aceite y además se colocó una lámina de

acero cortada, para reducir la fricción al momento de aplicar la carga entre las platinas y las caras

de la probeta de guadua (Figura 17).


Figura 166. Montaje para ensayo de compresión paralela a la Guadua. (Fuente: Elaboración propia)

Figura 177. Platinas usadas en el ensayo de compresión paralela a la fibra de la Guadua Fuente: Elaboración propia

5.1.2 Ensayo de compresión perpendicular a la fibra.

Las probetas utilizadas para determinar el esfuerzo último a compresión perpendicular

tuvieron espesores comprendidos entre 7 mm y 10 mm y diámetros externos entre 90 mm y 120

mm, 12 probetas fueron falladas para determinar la resistencia promedio y la longitud igual a

1,5 veces el diámetro promedio (Figura 18). En cuanto al montaje, como se muestra en la Figura

19, la guadua se pone de tal manera que la aplicación de la carga sea de manera perpendicular

a la fibra de la Guadua.


Figura 18. Muestra de probetas para ensayos de compresión perpendicular. Fuente: Elaboración propia

Figura 19. Muestra de ensayo. (Fuente: Elaboración propia)

5.1.3 Ensayo de tracción paralela a la fibra.

El ensayo de tracción paralela a la fibra se realizó con base en la NTC 5525, la longitud de las

probetas fue de 500 mm y con una sección transversal cuadrada con dimensiones iguales al espesor

de la pared. Las probetas fueron recortadas como se muestra en la Figura 20. Se elaboraron 12

probetas con nudo y 12 probetas sin nudo.


Figura 20. Muestra Probeta para ensayo de tracción paralela a la fibra de la Guadua con nudo.

5.1.4 Ensayo de tracción perpendicular a la fibra.

El ensayo de tracción perpendicular a la fibra se realizó con base en la metodología

presentada por la Ingeniera Cari A. Pacheco en su tesis “Resistencia a la tracción perpendicular

a la Fibra de la Guadua Angustifolia”, de la Universidad Nacional de Colombia.

Se ensayaron 12 probetas sin nudo cuyas longitudes fueron de una vez el diámetro exterior

promedio de la probeta en la Figura 21.

Figura 21. Probetas para ser ensayadas a tracción perpendicular a la fibra de la Guadua. Fuente: Elaboración propia.


El dispositivo empleado para someter las probetas a tracción perpendicular a la fibra de la

guadua consistió en una adaptación del postulado en la tesis mencionada anteriormente (Figura

22).

Figura 22. Montaje de ensayo de tracción perpendicular a la fibra de la Guadua. Fuente: Elaboración propia.

5.1.5 Ensayo de corte paralelo a la fibra

El ensayo de corte paralelo a la fibra de la guadua se realizó con base en la NTC 5525. Los

dispositivos fueron utilizados de tal manera que permitían que la probeta se apoyara en su extremo

inferior sobre dos cuartas partes de su superficie opuestas entre sí, y a su vez, en el extremo superior

se aplicó la carga sobre las dos cuartas partes que no estaban apoyadas en la parte inferior

(Figura23).

Figura 23. Dispositivos empleados para la aplicación de la carga en ensayo de corte paralelo a la fibra. (Fuente:

Elaboración propia)


Se ensayaron 24 probetas de corte paralelo a la fibra de la Guadua, 12 probetas con

nudo (Figura 24) y 12 probetas sin nudo (Figura 25), cuyas longitudes fueron

aproximadamente igual al promedio del diámetro exterior. El montaje se puede apreciar en

la Figura 26.

Figura 24. Probetas con nudo para ensayo de corte paralelo a la fibra de la Guadua. (Fuente: Elaboración propia)

Figura 25. Probetas sin nudo para ensayo de corte paralelo a la fibra de la Guadua. (Fuente: Elaboración propia)


Figura 26. Montaje para ensayo de corte paralelo a la fibra de la Guadua.

5.2 Caracterización del compuesto a base de resina de poliéster y fibras naturales

Para conocer las propiedades mecánicas del compuesto, se realizaron ensayos de

compresión y tracción indirecta. A continuación, se describen los ensayos:

5.2.1 Ensayo de Compresión.

Las probetas para definir la resistencia a compresión del compuesto a base de resina poliéster

se realizaron usando como formaleta tubo de PVC de alta resistencia, de 3” de diámetro, la altura

equivalente a 2 veces el diámetro del tubo (Figura 27).

Figura 27. Probetas para ensayo de caracterización de compuesto.


Se elaboraron tres muestras que se ensayaron a compresión simple y con el fin de

calcular el esfuerzo se encontró el área de la sección transversal con la ecuación (1):

𝐴 =𝜋

4𝐷2 (1)

Donde A es el área de la sección transversal expresada en mm y D es el diámetro promedio del

espécimen en mm2.

Conociendo el área, se procedió a calcular el esfuerzo máximo a compresión de cada probeta con

la siguiente expresión (ecuación 2):

𝜎ú𝑙𝑡 =𝐹𝑚á𝑥

𝐴 (2)

El termino F máx (Fuerza máxima), es la fuerza máxima soportada por la probeta al momento del

ensayo en Newton y A es el área anteriormente mencionada en mm2.


5.2.2 Ensayo de Tracción indirecta.

Para el desarrollo de este ensayo fue necesario elaborar cilindros del compuesto con la ayuda

de un tubo PVC de 3”, el cual funcionó como formaleta para la realización de estas. Se cortaron a

una longitud aproximada al diámetro promedio de la probeta y se ensayaron en la maquina

universal de la Universidad de la Salle como se ilustra en la Figura 28. Se fabricaron tres probetas

en total para el desarrollo del ensayo.

Figura 28. Probeta para ensayo de tracción indirecta (Fuente: Elaboración propia)

Para el cálculo de resultados se usaron las ecuaciones (3) y (4); la primera para hallar el

área de la sección transversal de la probeta y la segunda para calcular el esfuerzo a la tracción

indirecta de cada espécimen.

𝐴 =𝜋

2∗ 𝐿 ∗ 𝐷 (3)

De la anterior expresión el término L es la longitud promedio de la probeta en mm y D es el

diámetro promedio de las mismas en mm.


𝐴 (4)


Para hallar el esfuerzo a la tracción indirecta, se divide F máx (Fuerza máxima) entre el área.

(Ecuación 4).

5.3 Caracterización de pernos.

A continuación se explica el ensayo que se realizó para conocer la propiedad mecánica de tracción

de los pernos usados en esta investigación.

5.3.1 Ensayo de tracción.

Para este ensayo se utilizaron pernos correspondientes a un diámetro de 1/2" los cuales se

cortaron para elaborar probetas de 60 cm, se ensayaron 3 probetas (Figura 29). El ensayo

consiste en aplicar tracción a los extremos de cada varilla con la ayuda de las mordazas de la

máquina universal que pertenece a la Universidad de La Salle. En la Figura 30 se ilustran un

perno montado en la máquina universal en la que se hicieron los ensayos.

Figura 29. Pernos para realizar el ensayo de tracción. (Fuente: Elaboración propia)


Figura 30. Perno ensayado en la máquina universal. (Fuente Elaboración propia.)

Para hallar el valor de esfuerzo de cada probeta fue necesario calcular el área de la sección

transversal de cada perno, para lo cual se utilizó en la Ecuación 5.

𝐴 =𝜋

4∗ 𝐷2 (5)

Donde A es el área de la sección transversal del perno expresada en mm2 y D es el diámetro en

mm que pertenece a cada perno.

Después de calculada el área de cada perno se procedió a hallar el esfuerzo máximo a la tracción

de cada perno a la hora del ensayo, para esto se utilizó la ecuación 6.


𝐴 (6)

Donde 𝜎ú𝑙𝑡 es el esfuerzo último a la tracción de cada espécimen, 𝐹𝑚á𝑥 la fuerza máxima

establecida con el análisis gráfico para cada probeta y A, el área transversal de la varilla.


5.4 Elaboración de conexiones

5.4.1 Descripción del montaje

El montaje consiste en sostener de la parte inferior la unión; de esta manera, se conformó una

base para la probeta en forma de cajón usando tres pletinas de acero debidamente soldadas, que

llamaremos parte A del montaje, adicional a esto, dos pletinas ubicadas en la parte derecha e

izquierda (Parte B) unidas de la parte A del montaje por medio de tres perforaciones (Figura 31).

Debido a que primero se acondicionan los pernos dispuestos de manera transversal en la

probeta, y después se rellena con el material compuesto a base de resina de poliéster quedando los

pernos inamovibles, fue necesario también dejar las dos pletinas (Parte B) de manera

independiente a la base del montaje con el fin de poder sujetar las probetas por medio de los

pernos y estas a su vez, a la parte A del montaje que finalmente posee la varilla la cual la mordaza

sujeta.

Las pletinas usadas fueron de ½”, la varilla de la cual la mordaza sostenía el montaje y

transmitía la carga fue de acero tipo SAE 1020, y la transferencia de fuerzas a la muestra se logró

por medio de pernos de 12,7 mm que atraviesan las pletinas B y la muestra.

Figura 31. Montaje para uniones a tracción. (Fuente: Elaboración propia)


El montaje descrito anteriormente, permitió de manera satisfactoria que la carga a tracción se

trasmitiera de manera directa a los pernos para que finalmente quien recibiera la carga fuera la

muestra de guadua rellena del compuesto a base de resina de poliéster, quedando a prueba la parte

superior de la probeta que consiste en una varilla roscada de 12,7 mm (media pulgada) embebida

dentro del canuto que se encuentra relleno, varilla que la mordaza superior sostiene transmitiendo

la carga de manera directa al canuto (Figura 32).

z Figura 32. Ensayo a tracción parte superior e inferior. (Fuente: Elaboración propia)

5.4.2 Descripción del ensayo.

El ensayo consiste en aplicar una fuerza a tracción en cada extremo de la probeta que simula la

conexión, en la parte inferior por medio de un montaje en acero resistente a la carga aplicada y en

la parte superior por medio de la varilla embebida, se diseñó según la altura disponible de la

maquina universal de la universidad de la Salle. Se fallaron las probetas con la conexión en un solo

canuto.

En vista de que lo que se pretendía evaluar era la resistencia de la conexión que se refiere

a la varilla embebida dentro del canuto que se encuentra relleno del compuesto a base de resina

poliéster, se aseguró la parte inferior del canuto con los pernos transversales, con el fin de inducir

la falla hacia la parte superior (Figura 33).


Figura 33. Tipo de falla en unión. (Fuente: Elaboración propia)

5.4.3 Elaboración de probetas

La altura de las probetas que dependió únicamente de la distancia entre mordazas de

la maquina universal fue de 35 mm a 45 mm, la guadua que se escogió para realizar las

probetas estuvo libre de huecos o agujeros con el fin de garantizar el correcto relleno del

material compuesto. Los espesores de la guadua seleccionada oscilaron entre los 8mm y 11

mm y los diámetros de tabique seleccionados fueron de 60 mm a 100 mm.

Después de tener la guadua seleccionada y cortada se realizaron las perforaciones por donde se

atravesaron los pernos (fueron cuatro perforaciones tipo estándar; es decir, 1/16” más del diámetro

del perno (1/2”) luego se atravesaron los pernos, los cuales se sujetaron con tuercas y con el fin de

no comprometer las paredes de la guadua, se adicionaron arandela y neolite.

Del nudo inferior al primer perno la distancia es de 120 mm, seguido de la segunda perforación

que se encuentra a 60 mm, como se muestra en la Figura 34.


Figura 34. Descripción de perforaciones (Fuente: Elaboración propia)

5.4.4 Uso de Zuncho Metálico.

Una vez se tenía la probeta con los pernos y perforaciones y justo antes de rellenar se procede

a colocar un zuncho metálico, el zuncho confina la guadua para que no sufra rajaduras prematuras,

además de reforzar todo el canuto induciendo los esfuerzos hacia el tabique; por lo anterior, se

colocó un zuncho metálico tanto en la parte superior como inferior de la guadua, entre nudos

(Figura 35).

Figura 35. Zuncho metálico en probetas.


5.4.5 Relleno De Probetas.

Después de realizar la perforación superior, se procede a introducir los trozos de guadua y

el fique hasta completar el canuto, luego se introduce la varilla y gracias a la holgura de la

perforación que mencionamos fue de 1/16” se vierte la mezcla para fundir el canuto del relleno a

base de resina de poliéster y fibras naturales.

5.5 Implementación de la conexión en el puente a escala real

En esta investigación se prueba una conexión para el desarrollo de módulos estructurales

de Guadua angustifolia para la construcción de puentes peatonales, como una posible solución a

la ausencia de infraestructura en caminos veredales e incluso en zonas suburbanas.

La conexión, está diseñada para unir módulos en guadua que sean solicitados a tracción.

Se ha planteado un módulo que puede ser empleado en la construcción de puentes de arco, puentes

colgantes y pasos flotantes. Sin embargo, en este trabajo del módulo se realizó para ser usado en

puentes de cercha rectos, ya que se considera que es la configuración en la cual los elementos del

puente estarían solicitados a fuerzas internas de mayor magnitud.

Figura 36. Puente de Guadua donde se implementaron las conexiones. (Fuente: Elaboración propia)


Cada módulo está conformado por dos armaduras planas, conectadas por elementos

horizontales que sirven de soporte al tablero y le dan estabilidad a la estructura; tiene una longitud

de 5 m, una altura libre de 2,0 m y un ancho de tablero de 1,8 m (Figura 37).

Figura 37. Construcción de módulo de puente de Guadua. (Fuente: Elaboración propia)

Las dimensiones se seleccionaron pensando en que la circulación se realizara por dentro de

la estructura, de manera que las cargas vivas serán aplicadas sobre el cordón inferior de las

armaduras, este cordón inferior fue el elemento, en el cual se aplicaron las conexiones solicitadas

a tracción, cada módulo cuenta con un cordón en cada uno de los lados del puente y cada cordón

está compuesto por cuatro elementos de guadua, los cuales fueron conectados a el siguiente

modulo. Adicionalmente se ajustaron traslapos de apoyo a estos cordones que también fueron

unidos con la conexión a tracción; en la elaboración se consideraron las longitudes comunes de

los tramos rectos en los culmos de guadua, así como la posibilidad de que el módulo sea levantado

por un grupo de personas. Se ha planteado de manera que todos los cortes realizados durante su

construcción sean rectos y las conexiones sean empernadas usando varillas roscadas de acero


SAE1020, de media pulgada de diámetro, y que requieran únicamente de la perforación de

los agujeros para su ensamblaje (Figura 38).

Figura 38. Muestra de conexión. (Fuente: Elaboración propia)

5.5.1 Descripción De La Elaboración De La Conexión.

El puente fue construido por medio de la unión de 4 módulos de 5 metros de largo cada uno,

los módulos tienen varios componentes y elementos que lo hacen un puente de cercha. Las

conexiones se hicieron después de poner cada módulo alineado y nivelado con su homólogo, los

culmos que desarrollan los esfuerzos y hacen parte de la conexión; en estos culmos fue donde se

posicionó la varilla roscada de ½” ya con la varilla posicionada y centrada se les abrió una tapa

por un costado para introducirles los trozos de guadua en cubos y las fibras naturales en las

proporciones definidas en la caracterización del compuesto, concluido el relleno se volvió a poner

la tapa y se selló con pegante para madera, posteriormente se perforó con taladro para crear un

orificio por donde se inyectó la resina, durante este proceso se realizaron los amarres con zunchos

metálicos a los canutos que están expuestos a la tracción, en los extremos de cada canuto, para

confinar y contener los esfuerzos a los cuales será solicitada la guadua y evitar que pueda ocurrir

una falla en las paredes de la guadua por alguna rajadura.


En total se realizaron 40 conexiones de doble canuto (Figura 39), de las cuales 24 fueron

en los cordones longitudinales, debido a que en la luz total del puente de 20m, 3 divisiones son las

necesarias por conectar, en cada cordón se realizan 4 conexiones cada 5m, y son 2 cordones, uno

en cada lateral completan las 24 conexiones, adicional se realizaron 16 conexiones en los traslapos

que quedan ubicadas en la mitad de cada módulo, conformando una cuerda inferior reforzada.

Figura 39. Relleno de unión. (Fuente: Elaboración propia)

Figura 40. Relleno de trozos. (Fuente: Elaboración propia)


Figura 41. Adición de mezcla en unión (Fuente: Elaboración propia)

Figura 42. Sellado de unión (Fuente: Elaboración propia)

La resistencia de los elementos se determinó analíticamente mediante el método de

los esfuerzos admisibles. Posteriormente, se realizaron pruebas de carga en especímenes a

escala real de los módulos y los elementos estructurales. Mediante una modelación

numérica, se encontró que usando las especificaciones de carga del Código Colombiano de

Diseño Sísmico de Puentes se pudo conformar un puente con una luz libre de 20 metros.


5.5.2 Prueba De Carga En El Puente.

Después de realizar las conexiones a tracción y unir todos los módulos se retiraron todos los

apoyos intermedios que soportaban a estos mismos módulos, dejando una luz libre de 20m. Con

su propio peso la estructura tuvo una flexión donde se desplazó en el centro de la luz 6,3cm.

Figura 43. Puente en guadua. (Fuente: Elaboración propia)

Para la prueba de carga se aplicó una carga muerta que fue progresivamente aumentando

con la ubicación de bultos rellenos de arena en 3 ubicaciones del puente a 1/3, 1/2, y 3/4 (a 5m,

10m y 15m) Respectivamente, 3 cargas puntuales de igual magnitud, simulando una carga

distribuida, un total 183 bultos de arena para un total de 5.490Kg. al finalizar el montaje de la

carga que debió hacerse manualmente en estos 3 puntos tuvimos los siguientes desplazamientos:

para el primer punto de carga de 1.830Kg a 1/3 de la luz se dio un desplazamiento de 9,3cm; para

la segunda carga de 1.830Kg a 1/2 de la luz (centro del puente) se presentó el desplazamiento

máximo en flexión de 14,6cm; y en el tercer punto de carga igualmente se aplicaron 1.830kg a ¾

de la luz del puente hubo un desplazamiento a flexión de 10,8cm. Todo esto en simulación de una

muerta o estática.


Figura 44. Falla del puente. (Fuente: Elaboración propia)

Posteriormente por atrevimiento realizamos una carga dinámica, ubicando rampas de

acceso en ambos costados del puente y pasando con un vehículo marca Renault Duster de un peso

bruto vehicular de 1.800 kg, sumado al peso del conductor y un pasajero se aproxima a 2 ton de

peso dinámico que atravesó sin problema el puente a pesar que la estructura es diseñada para paso

peatonal y de ganado, resistió sin ningún inconveniente el paso del vehículo.

Figura 45. Puente adecuado para paso de vehículo. (Fuente: Elaboración propia)


6. ANÁLISIS DE RESULTADOS

6.1 Propiedades mecánicas de la Guadua Angustifolia Kunth

6.1.1 Compresión paralela a la fibra de la Guadua.

Para determinar el esfuerzo último a compresión paralela a la fibra, se divide la fuerza última

alcanzada por la probeta antes de fallar (Fúlt) en Newton entre el área de aplicación de la carga, es

decir el área de la sección transversal expresada en mm2.Para ello se utilizó la ecuación (7):

𝜎ú𝑙𝑡 =𝐹ú𝑙𝑡

A (7)

Para el cálculo de A se utiliza la siguiente ecuación, en donde se tiene en cuenta el diámetro

externo y el espesor de cada probeta (Ecuación 8):

𝐴 =π

4∗ (𝐷𝑒2 − (𝐷𝑒 − 2𝑡 )2) (8)

Donde 𝐷𝑒 es el diámetro externo de la probeta y t el espesor de la misma. A continuación,

en la Tabla 1, se concluyeron los resultados de la resistencia a la compresión paralela a la fibra.

Tabla 1

Resultados de resistencia a compresión paralela a la fibra

COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA DE LA GUADUA

ESFUERZO

PROMEDIO

(MPA)

DESVIACIÓN

ESTÁNDAR

COEFICIENTE DE

VARIACIÓN

CONTENIDO DE HUMEDAD

PROMEDIO

50,35 8,50 16,87 10,26%

Datos obtenidos en el laboratorio Unisalle (Fuente: Elaboración propia)


En la Tabla 2 se comparan los resultados de la resistencia a la compresión paralela

a la fibra de la Guadua, con la obtenida por otros autores:

Tabla 2

Comparación de resultados de resistencia a compresión paralela a la fibra

Autor Esfuerzo promedio (MPa)

Gonzales, E (2006) 41,81

Andrade, S (2013) 48,27

Pachón,V & Sanabria,J (2014) 41,94

Avila R & Mora,J (2017) 50,35

Fuente: Elaboración propia

Los valores de esfuerzo promedio de resistencia a compresión paralela a la fibra

comparados anteriormente presentan una desviación estándar del 4,37%; cada una de las

investigaciones presenta contenidos de humedad diferentes, como se presenta a

continuación (Figura 46):

Figura 46. Comparación de datos de esfuerzo a compresión paralela a la fibra. (Fuente: elaboración propia)


A manera de comparación se realizó el gráfico anterior del cual se puede inferir que para

los cuatro datos de investigación tomados, se presenta una tendencia que a mayor contenido de

humedad menor esfuerzo a compresión paralela a la fibra que puede soportar la guadua, es posible

que no solo la humedad sea un factor determinante en la resistencia a compresión paralela, sino

que también influya la altura de la guadua a la cual se obtuvieron las muestras, es decir la zona del

culmo del cual se haya extraído el material, entre otros.

El contenido de humedad (CH) de cada probeta se calculó como la pérdida de masa,

expresada como porcentaje de la masa seca en horno, usando la ecuación (9):

𝐶𝐻 =(𝑚−𝑚𝑜)

𝑚𝑜∗ 100 (9)

En donde m es la masa de la probeta antes del secado y como es la masa de la probeta

después del secado. Cada una con una exactitud de 0,01 g.

El CH se calculó con una exactitud de un décimo de porcentaje. Este CH se debe tomar

como representativo del CH de la probeta ensayada como un todo. La media aritmética de los

resultados obtenidos a partir de probetas individuales se debe registrar como el valor medio del

contenido de humedad de las probetas ensayadas.

6.1.2 Compresión perpendicular a la fibra.

La resistencia a la compresión radial o perpendicular a la fibra se calculó mediante la

suposición de analizar la mitad de la sección transversal de las probetas como un arco con una

carga en el centro que se refiere a la carga aplicada en el ensayo por la máquina, donde el

momento flector en el centro de la luz es igual a la reacción en el apoyo multiplicada por el radio

promedio R. En la ecuación 10 se define la resistencia a la compresión perpendicular a la fibra:

𝜎𝑐𝑝 =M∗c

I (10)


El valor de c corresponde a la distancia entre el eje neutro y la fibra extrema a

compresión, que sería igual a la mitad del espesor promedio de la Guadua, en cuanto al

momento de Inercia se calcularía respecto a la sección de base igual a la longitud

promedio y la altura igual al espesor promedio de cada probeta, como se muestra en la

ecuación 11:

𝜎𝑐𝑝 =M∗c

I=

(𝐹𝑢𝑙𝑡

2)∗(𝑅)∗(

𝑇𝑝

2)

(𝐿𝑝∗𝑡3𝑝

12)

(11)

A continuación, en la tabla 3 se resumen los resultados obtenidos para este ensayo.

Tabla 3 Resultados de resistencia a compresión perpendicular a la fibra de la Guadua

Esfuerzo

promedio (MPa)

Desviación

estándar (MPa)

Coeficiente de

variación

Contenido de

humedad promedio

17,03 3,18 7,33% 10,32%


A manera de comparación, en la Tabla 4 se puede observar el esfuerzo último a

compresión perpendicular obtenido por diferentes autores y el de la presente investigación:

Tabla 4 Comparación resultados de resistencia a compresión perpendicular a la fibra de la Guadua


Andrade, S (2013) 10,68

Ardila, C (2013) 4,42

Avila, R & Mora, J (2017) 17,03

Proyecto MADRC (2010) 8,35

Fuente: Elaboración propia.

Los valores de las investigaciones mencionados anteriormente presentan una desviación

estándar de 5,28 MPa.


El contenido de humedad de las probetas del trabajo de investigación de Andrade fue de 14,27%

y el contenido de agua de las probetas de la presente investigación fue de 10,32%; En ambas

investigaciones se emplearon culmos provenientes de El Quindío, al igual que en el Proyecto

MADRC “Validación de la Guadua angustifolia como material estructural para diseño, por el

método de esfuerzos admisibles”. A diferencia de las dos investigaciones nombradas

anteriormente, el contenido de humedad de las probetas ensayadas fue de 81,47%, casi cuatro

veces que el promedio de las humedades de las probetas ensayadas por Andrade y las ensayadas

en esta investigación, aunque sea de la misma zona de procedencia, la variación de humedades y

la variación de esfuerzos admisibles hacen que no se relacionen ni que se pueda inferir nada acerca

del comportamiento a compresión perpendicular.

Por otra parte, en las probetas de Ardila, C (2013) que, aunque no fueron extraídas del

Quindío, el contenido de humedad de sus especímenes fue similar al contenido de humedad del

Proyecto MADRC, de 83,60%, pero, aunque aumentó la humedad en apenas un 2,13%, el esfuerzo

a compresión perpendicular disminuyó en casi un 53%, es decir que la humedad y el esfuerzo a

compresión perpendicular no tienen mayor relación.

Ardila, C (2013)en su trabajo de investigación observó mediante ensayos de compresión

perpendicular en los cuales varió el contenido de humedad de las probetas, que no hay una relación

directa entre la resistencia a la compresión perpendicular a la fibra y su respectivo contenido de

humedad entre un 55 y 120%. La Figura 47 muestra que hay una dispersión de puntos homogénea

y no hay una tendencia definida que permita relacionar el contenido de humedad con algún tipo

de cambio en el comportamiento a compresión perpendicular.


Figura 47. Ardila, c (2013). Resistencia última ensayo a compresión perpendicular a la fibra (cp) vs contenido de

humedad (ch). [Figura 10,4] (Fuente: recuperado de trabajo de investigación de Ardila, Universidad Nacional de

Colombia)

6.1.3 Tracción paralela.

El cálculo de la resistencia a la tracción paralela a la fibra se determinó usando la

ecuación 12.

𝜎 =F ult

A=

F ult

h∗t (12)

Donde F ult hace referencia a la carga aplicada a la cual la probeta falla, en Newton, ℎ y t son el

ancho de la probeta y el espesor de la misma, respectivamente. En la Tabla 5 se presenta el

resultado de la resistencia promedio a la tracción paralela a la fibra de la guadua:


Tabla 5 Resultados de resistencia a tracción paralela a la fibra de la Guadua

TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA

Esfuerzo

promedio

(MPa)

Desviación

estándar (MPa)

Coeficiente

de variación

Contenido de

humedad

promedio

Con Nudo 108,928 10,21 14,52% 9,96%

Sin Nudo 126,736 8,16 6,43% 10,16%

Total 117,8318 12,83 10,89% 10,20%


En la Tabla 6 se pretende comparar la resistencia última a la tracción paralela a la fibra

obtenida en esta investigación con la obtenida por otros autores:

Tabla 6 Comparación de resistencia a tracción paralela a la fibra de la Guadua con nudo


Avila,R & Mora,J (2017) 117,83

Gutiérrez, M (2011) 84,91

Andrade, S (2013) 124

Pachón & Sanabria (2014) 99,18

Ciro, Osorio & Vélez (2005) 190,7

Elaboración propia


6.1.4 Tracción perpendicular

La resistencia a la tracción perpendicular a la fibra se calculó de acuerdo a la Ecuación 13.

𝜎𝑢𝑙𝑡 =𝐹𝑢𝑙𝑡

A=

𝐹𝑢𝑙𝑡

2 𝑇𝑝∗𝐿𝑝 (13)

Donde 𝐹 𝑢𝑙𝑡 corresponde a la carga máxima aplicada a la que la probeta llega a su

falla (Newtons) y 𝐴 corresponde al área e aplicación de la carga, que es dos veces el

espesor promedio por la longitud promedio.

A continuación, en la Tabla 7 se establecen los valores obtenidos en esta

investigación:

Tabla 7 Resultados de resistencia a la tracción perpendicular a la fibra de la Guadua

TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA

Esfuerzo promedio

(MPa)

Desviación

estándar (MPa)

Coeficiente de

variación

Contenido de

humedad

promedio

0,53 0,22 41,08% 10,41%



En la Tabla 8 se pretende comparar la resistencia última a la tracción perpendicular a la

fibra obtenida en esta investigación con la obtenida por otros autores:

Tabla 8 Comparación de resistencia a tracción perpendicular a la fibra de la Guadua

AUTOR ESFUERZO PROMEDIO (MPA)

Pacheco, C (2006) 0,728

Andrade, S (2013) 1,08

Pachón,V & Sanabria,J (2014) 0,42

Avila, R & Mora, J (2017) 0,53


A continuación, se muestra el contenido de humedad de las probetas usadas en las

investigaciones mencionadas anteriormente (Tabla 9):

Tabla 9 Contenidos de humedad en ensayos

CONTENIDO DE HUMEDAD (%) AUTOR

10,4 Avila, R & Mora, J (2017)

14,27 Andrade, S (2013)

16,21 Pachón, V &Sanabria,J (2014)

22,2 Pacheco, C (2006)

Fuente: elaboración propia.

En la figura 48 se relaciona el contenido de humedad y el esfuerzo último a tracción

perpendicular de los ensayos realizados en algunas investigaciones:


Figura 48. Contenido de humedad hallado en diversas investigaciones en los ensayos de tracción perpendicular a la

fibra de la Guadua angustifolia Kunth (Fuente: Elaboración propia)

De la Figura 48.es posible inferir un comportamiento de tracción perpendicular en

el cual influya el contenido de humedad de las muestras ensayadas, a pesar de que Pacheco

concluyó mediante una investigación que la resistencia a tracción perpendicular es

inversamente proporcional al contenido de humedad, además, que aunque la humedad es

un factor muy importante (pero no el único) para la resistencia de la Guadua y por lo tanto

la cosecha y secado son determinantes para la resistencia de la misma.

6.1.5 Corte paralelo.

La resistencia última al corte se calculó mediante la división de la carga máxima soportada

por la probeta Fúlt (Newtons), entre el área de la superficie de la falla a cortante Av, como se

muestra en la ecuación 14:

𝑥 =F últ

Av=

F últ

(𝑡∗𝐿) (14)


El área 𝐴𝑣 es la suma de los cuatro productos de 𝑡 y 𝐿, siendo 𝑡 el espesor de la pared de

la probeta de la Guadua y 𝐿, la longitud de la misma. En las Tablas 10 y 11 se muestran los

resultados de la resistencia al corte paralelo a la fibra de la guadua con nudo y sin nudo

respectivamente.

Tabla 10

Resultados de resistencia al corte paralelo a la fibra de la Guadua para probetas con nudo.

CORTE PARALELO A LA FIBRA, GUADUA CON NUDO

Desviación estándar

(MPa)

Coeficiente de

variación

Contenido de humedad

promedio

1,01 17,08% 11,29%


Tabla 11

Resultados de resistencia al corte paralelo a la fibra de la Guadua para probetas sin nudo

CORTE PARALELO A LA FIBRA, GUADUA SIN NUDO

Esfuerzo

promedio (MPa)

Desviación estándar

(MPa)

Coeficiente de

variación

Contenido de

humedad promedio

5,79 0,85 14,70% 11,57%


En la tabla 12 se comparan los resultados obtenidos de la resistencia al corte paralelo a la

fibra de la Guadua con la obtenida en otras investigaciones.


Tabla 12

Comparación resultados de resistencia al corte paralelo a la fibra de la Guadua

SIN NODO CON NODO

AUTOR ESFUERZO

MPA

ESFUERZO

MPA

Pantoja,N & Acuña,D (2005) 7,09 7,52

Andrade,S (2013) 8,3 8,48

Plazas, M (2013) 6,9 7,12

Avila, R & Mora,J (2017) 5,79 5,90


El aumento de la resistencia a corte paralelo a la fibra cuando las probetas poseen nudo

es evidente en las cuatro investigaciones comparadas en la tabla 16, el menor aumento

encontrado fue en la presente investigación, alrededor de 1% de aumento de resistencia en

comparación con las probetas sin nudo, Andrade, S, logró obtener un 2,1% de aumento de

resistencia, similar al de Lamus, Plazas & Luna, que fue de 3%, sin embargo Pantoja N &

Acuña, lograron alcanzar un 5% de más en resistencia a corte paralelo a la fibra en sus

probetas con nudo, también se encontró una desviación estándar para las probetas con y sin

nudo de 1 MPa.

6.2 Propiedades mecánicas del compuesto a base de resina de poliéster y fibras naturales.

6.2.1 Compresión en compuesto a base de resina de poliéster y fibras naturales.

A Continuación se muestran los valores obtenidos para el ensayo de comprensión

al compuesto a base de resina de poliéster y fibras naturales:


Tabla 13

Resultados de resistencia a compresión de Resina de poliéster

PROBETA ESFUERZO (MPA)

CS-01 16,235

CS-02 16,466

CS-03 14,823

Promedio 15,841


La Tabla 13 muestra los resultados de esfuerzos a la compresión obtenidos de los ensayos

de compresión simple del compuesto a base de resina poliéster, indicando que el promedio de este

valor fue de 15,841 MPa.

Adicionalmente, una de las 3 probetas se ensayó con unas galgas extensiométricas,

llamadas en inglés “StrainGages” (deformimetros) Estas se instalaron en el espécimen con el fin

de medir la deformación del mismo durante el ensayo. Estos sensores miden la deformación

gracias a la variación en su resistencia eléctrica, la cual es causada por un cambio en la longitud

donde se encuentra adherida la galga. En la Figura 49 se puede observar la galga incluida en el

cilindro.


Figura 49. StrainGage adherido a la probeta para caracterización de compuesto. (Fuente: Elaboración propia)

Figura 50. Chasis cDAQ-9174, National Instruments. (Fuente: Elaboración propia)

Para la obtención de datos se utilizó un dispositivo llamado Chasis cDAQ-91748

(Figura 50) el cual es una plataforma portátil de adquisición de datos. Cada galga se

conectó a este dispositivo el cual a su vez dirigió la información a un software llamado

LabVIEW. Este programa de computador es una plataforma de diseño y programación

con un lenguaje gráfico que fue desarrollado por National Instruments, la cual es una


empresa que se encarga de desarrollar hardware y software para la optimización de distintas

mediciones en diversas áreas de conocimiento. Dicha empresa también creo el chasis de

adquisición de datos anteriormente mencionado. Gracias a Fuentes y Sierra, que en su

investigación “Longitud de desarrollo para una barra N4 NTC 2289 en un elemento SFRC a

flexión” crearon una herramienta en el softwareLabVIEW, la cual, a través del chasis y las

galgas, mide la deformación del material al cual esta adherido. Con esta herramienta se logró

establecer dicha deformación para cada esfuerzo solicitado en el ensayo, para así construir la

gráfica esfuerzo vs deformación (Figura 51).

Figura 51. Gráfica esfuerzo-deformación de un cilindro de compuesto.( Fuente: Elaboración propia)


6.2.2 Tracción indirecta en compuesto a base de resina de poliéster y fibras naturales.

En la Tabla 14 se muestran los resultados de resistencia a tracción indirecta del compuesto.

Tabla 14

Resultados de resistencia a tracción indirecta de compuesto

PROBETA ESFUERZO MÁXIMO (MPA)

TI-01 3,802

TI-02 3,895

TI-03 3,082

Promedio 3,593


6.3 Resistencia a la tracción de pernos.

Los resultados de esfuerzo máximo a la fluencia variaron entre 306 y 420 MPa,

con un promedio de 338,716 MPa; mientras que los resultados de esfuerzo máximo a la

rotura estuvieron entre 349 y 429 MPa, con una media de 379,175 MPa, como se ilustra

en la Tabla 15.

Tabla 15

Resultados de resistencia a la tracción de la varilla de 1/2"

PROBETA ESFUERZO MÁXIMO

DE FLUENCIA (MPA)

ESFUERZO MÁXIMO DE

ROTURA (MPA)

1/2-1 324,882 385,238

1/2-2 342,173 382,120

1/2-3 353,411 385,246

Promedio 340,155 384,201



6.4 Unión a tracción en Guadua Angustifolia

6.4.1 Análisis visual

Durante los ensayos a tracción de la conexión, se pudieron evidenciar tres tipos de fallas, dos

de ellas comprometiendo de manera directa la sección de la guadua y una de ellas únicamente el

perno. A continuación se explicaran los tres tipos de fallas:

Falla por tracción diametral

La falla por tracción diametral es característica de las probetas con alguno tipo de relleno

en el culmo sea mortero o en nuestro caso resina de poliéster; esto se debe a la estructura interna

de los culmos de guadua que en los entrenudos la sección transversal es de diámetro variable siendo

cerca a los nudos menor que en el resto de la sección.

Al aplicar la fuerza externa a tracción quien en realidad está oponiéndose es el perno que

se encuentra embebido en el relleno a base de resina de poliéster, y por consiguiente el relleno el

cual al no soportar más carga, falla por tracción perpendicular a la fibra de la guadua causando que

las fibras del tabique se debiliten y este se separe de las paredes de la guadua (Figura 52).

Figura 52. Falla por tracción diametral (Fuente: Elaboración propia)


Falla por corte paralelo a la fibra de la guadua.

La falla por cortante hace referencia a las rajaduras que se presentaron lo largo de

la probeta en la misma dirección de las fibras cuando los esfuerzos cortantes paralelos al

eje del elemento superaron la resistencia de las fibras de la guadua. En algunos casos éstas

fisuras sobrepasaron los nudos llegando hasta la parte superior de la probeta (tabique) en

otros casos no alcanzaban a llegar al nudo más cercano. Esta falla como ya se dijo se intentó

controlar con la implementación del zuncho metálico ubicado entre los nudos superior e

inferior, en algunos casos se logró controlar el corte paralelo a la fibra (Figura 53) y (Figura

54).

Figura 53. Falla por corte controlada por zuncho


Figura 54. Falla por corte (Fuente: Elaboración propia)

Falla por corte de perno

La falla por corte del perno se produce debido a que la resistencia del tabique por su espesor

genera más resistencia a las fallas, haciendo que el perno no soporte la carga implementada,

generando flexión en el perno hasta lograr el corte (Figura 55).

Figura 55. Falla por corte de perno (Fuente: Elaboración propia)


6.4.2 Análisis gráfico

Después de culminar los ensayos, se realizó un análisis visual en donde se determina que la

falla para este tipo de conexión es la falla por corte paralelo a la fibra que se produce a lo largo de

la probeta, antes que se produzca desplazamiento de tabique.

Ahora bien, con la variación de diámetros y espesores de tabique, se pretende hacer una relación

de estas dos variables con el fin de obtener una tendencia que pueda predecir esfuerzos de corte.

6.4.2.1 Influencia del diámetro del tabique

Una vez se obtuvieron las cargas máximas de cada probeta, se determinó el esfuerzo de corte.

Para esto se calculó el área de corte que se refiere al área de la guadua que se opone a la fuerza de

tracción (Ecuación 14):

𝐴𝑟𝑒𝑎 = 𝛱 ∗ Diametro de tabique ∗ espesor de tabique (14)

A continuación en la tabla 16 se relaciona los valores de carga de falla para cada espécimen,

dimensiones del tabique del canuto, longitud del mismo para calcular el área de corte y con estos

valores determinar el esfuerzo de corte para cada espécimen:


Tabla 16

Resultados de ensayos de tracción

No

probeta

Longitud

del canuto

(mm)

Diámetro

del tabique

(mm)

Espesor

de tabique

(mm)

Carga

de falla

(N)

Área de

corte

(mm2)

Esfuerzo

de corte

(Mpa)

1 352,4 83,4 8,6 29328 2253,28 13,016

2 346,7 89,5 8,6 43783 2418,09 18,106

3 335,8 81,5 9,1 43889 2329,97 18,837

4 320,1 79,1 9,5 44931 2360,76 19,032

5 327,3 75,6 9,4 51439 2232,55 23,041

6 314,2 69,7 10,3 49286 2255,39 21,853


Para determinar la relación que tiene el diámetro del tabique con el esfuerzo de corte se

realizó el siguiente gráfico (Figura 56)

Figura 56. Influencia del diámetro del tabique.(Fuente: Elaboración propia)

De la línea de tendencia de la Figura 56, se puede inferir que el tamaño del tabique influye y

por consiguiente el diámetro del canuto de guadua, de tal manera que al aumentar el diámetro del

y = -0,3316x + 45,442R² = 0,414

0

5

10

15

20

25

60 65 70 75 80 85 90 95

Esfu

erz

o d

e c

ort

e (

N/m

m2

)

Diámetro de tabique (mm)

Esfuerzo de corte vs Diámetro de tabique


tabique el esfuerzo de corte disminuye, si bien es cierto que al aumentar el diámetro el área de

corte es mayor, la carga que soporta es menor como se presenta en la gráfica, aunque el

de relación es de 0,414, este no es el único parámetro que influye en el esfuerzo de corte de la

conexión.

6.4.2.2 Influencia del espesor del tabique.

Como otra variable a evaluar, está el espesor del tabique, que hace parte del área de corte de la

conexión, para esto se analizó el esfuerzo de corte en relación con el espesor para cada espécimen

en la siguiente gráfica (Figura 57):

Figura 57. Influencia del espesor del tabique. (Fuente: Elaboración propia)

De la Figura 57 en donde se relaciona el espesor del tabique de las conexiones con el

esfuerzo de corte para cada espécimen ensayado, se evidencia como a medida que aumenta el

espesor de tabique aumenta proporcionalmente el esfuerzo de corte. Según el tipo de falla

y = 3,9438x - 17,499R² = 0,5231

0

5

10

15

20

25

8 8,5 9 9,5 10 10,5 11

Esfu

erz

o d

e c

ort

e (

N/m

m2

)

Espesor de de tabique (mm)

Esfuerzo de corte vs Espesor de tabique


presentado en donde la guadua sufre fracturas por el desplazamiento del relleno y tabique con una

pared más gruesa se necesita mucha más fuerza para debilitar las paredes y lograr su rajadura.

Luego de haber analizado el espesor de tabique y el diámetro del mismo, que comprometen

la resistencia al corte, se determina la resistencia promedio que alcanza la conexión que fue de

aproximadamente 18,98 N/mm2.

6.5 Implementación de unión en puente peatonal

Después de realizar las conexiones a tracción y unir todos los módulos se retiraron todos

los apoyos intermedios que soportaban a estos mismos módulos, dejando una luz libre de 20m.

Con su propio peso la estructura tuvo una flexión donde se desplazó en el centro de la luz 6,3cm.

Para la prueba de carga se aplicó una carga muerta que fue progresivamente aumentando

con la ubicación de bultos rellenos de arena en 3 ubicaciones del puente a 1/3,1/2, 3/4, (a

5m, 10m y 15m) Respectivamente, 3 cargas puntuales de igual magnitud, simulando una carga

distribuida, un total 183 bultos de arena para un total de 5.490 Kg. al finalizar el montaje de la

carga que debió hacerse manualmente en estos 3 puntos tuvimos los siguientes desplazamientos:

para el primer punto de carga de 1.830Kg a 1/3 de la luz se dio un desplazamiento de 9,3cm; para

la segunda carga de 1.830Kg a 1/2 de la luz (centro del puente) se presentó el desplazamiento

máximo en flexión de 14,6cm; y en el tercer punto de carga igualmente se aplicaron 1.830kg a ¾

de la luz del puente hubo un desplazamiento a flexión de 10,8cm. Todo esto en simulación de una

muerta o estática.


Tabla 17

Distribución de carga y deflexión en el puente

PUNTO DE CARGA LUZ (m) CARGA (kg) DEFLEXION (m)

1. 1/3 LUZ 5 1830 0,093

2. centro de luz 10 1830 0,148

3. 3/4 luz 15 1830 0,108


Posteriormente realizamos una carga dinámica, ubicando rampas de acceso en

ambos costados del puente y pasando con un vehículo marca Renault Duster de un peso

bruto vehicular de 1.800 kg, sumado al peso del conductor y un pasajero se aproxima a

2000 kg de peso dinámico que atravesó sin problema el puente a pesar que la estructura es

diseñada para paso peatonal y de ganado, resistió sin ningún problema el paso del vehículo.


7. Conclusiones y recomendaciones

La resistencia de la unión a tracción en Guadua Angustifolia Kunth empleando varilla

roscada y compuesto a base de resina poliéster y fibras naturales, se encuentra estrechamente

relacionada con el diámetro y el espesor del tabique del canuto, pero como se vio en los ensayos

de caracterización de la guadua, otros parámetros podrían influir en la resistencia del canuto

como por ejemplo el contenido de humedad.

Las propiedades mecánicas de la guadua angustifolia Kunth, se encuentran directamente

relacionadas con el contenido de humedad, lugar de origen, el proceso de cosecha y secado así

como también el nudo de los canutos; pero no en todos los comportamientos influyen las mismas

variables, ya que las fibras de la guadua no están solicitadas de la misma forma en cada uno de los

ensayos y dicha variación del contenido de humedad es determinante en la resistencia a la

compresión paralela a la fibra de la Guadua y en la resistencia a tracción paralela a la fibra; aunque

se relacione directamente en los dos comportamientos, solo si se encuentra por debajo del 10% de

contenido de humedad, influye en la resistencia a la tracción paralela. Lo contrario sucede con la

resistencia a compresión perpendicular en donde no se pudo establecer una relación entre el

contenido de humedad y la resistencia, esto quiere decir que no en todas las solicitaciones el

contenido de humedad influye de la misma manera.

Los ensayos de laboratorio muestran que los especímenes fallados a tracción resisten una

carga de aproximadamente 50.000 N, se considera una resistencia alta para una solución diferente

en la construcción de infraestructura en zonas rurales frente a la clara situación del país que urge

soluciones alternativas. Por otro lado la carga última soportada por el puente fue de


aproximadamente 54.000 N, valor cercano a la carga última de las conexiones, se puede

inferir que la carga soportada por el puente modular en guadua es cercana a la carga última

soportada por sus uniones.

Se comprobó que la relación entre la guadua angustifolia Kunth y el compuesto

desarrollado (resina poliéster, fibras naturales y trozos de guadua) es estable y beneficiosa

para implementarse en la construcción de elementos estructurales. El compuesto no

aumenta el peso de la conexión de manera significativa como si ocurre con el mortero,

además el compuesto genera adhesión con las paredes internas de los canutos de guadua y

no presenta cambios volumétricos en su etapa de fraguado, mejorando el comportamiento

ante una solicitación de carga.

Se demostró que la conexión a tracción da una respuesta positiva en las pruebas de

laboratorio y es confiable para ser implementada en el puente. Además es viable

económicamente y estructuralmente al ser utilizada en el puente peatonal a escala real ya

que con prueba de carga tuvo un comportamiento exitoso y no presentó falla para una luz

de 20 m con las cargas normales que se esperan en la vida útil de la estructura.

Es importante tener en cuenta la utilización del zuncho metálico en los canutos

rellenos de la conexión. Este zuncho amarra el perímetro externo de la guadua, y evita la

rajadura e induce que los esfuerzos trasmitidos en tracción sean direccionados hacia el

tabique del canuto relleno aumentando la resistencia de la conexión.


8. Bibliografía

Andrade, S. (2013). Calificación ante cargas dinámicas de una conexión entre una columna de

guadua angustifolia y su cimentación. . Bogota,DC: Tesis de maestria,Escuela Colombiana

de Ingenieria Julio Garavito.

Ardila, C. (2013). Determinación de los valores de esfuerzos admisibles del bambú Guadua

Angustifolia Kunth del departamento del Tolima, Colombia. Bogotá DC: tesis de maestría.

Universidad Nacional de Colombia.

Astuti, M., Bambang, S., Suprapto, S., & Djoko, S. (2014). Determinant of Critical Distance of

Bolt on Bamboo Connection. Jurnal Teknologi, 1-5.

Carvajal, W., Ortegón, W., & Romero, C. (1981). Elementos estructurales en bambú. Bogotá D.C:

Trabajo de grado, Facultad de Ingeniería, Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola,


Cely, J., & Cruz, J. (2013). Determinación de la resistencia de los elementos que conforman la

sección de un puente peatonal modular construido con Guadua angustifolia Khunt. Bogotá

D.C: Trabajo de grado. Universidad de la Salle. Facultad de ingeniería. Programa de

ingeniería civil. .

Ciro, H. J., Osorio, J. A., & Vélez, J. M. (2005). Determinación de la resistencia mecanica a

tensión y cizalladura de la guadua Angustifolia Kunth. Bogotá D.C: Trabajo de

investigación, Universidad Nacional de Colombia.

Clavijo, S., & Trujillo, D. (2000). Evaluación de uniones a tracción en guadua. Bogotá D.C:

Trabajo de grado, Universidad Nacional de Colombia.


Flórez, E. H. (2003). Uniones a tensión en Guadua con mortero y varilla. Comportamiento de

uniones con uso de expansivo en el mortero. Bogotá: Trabajo de grado, Departamento de

Ingeniería Civil y Agrícola. Universidad Nacional de Colombia.

Gabriele, J., & Herrera, H. (2004). Parámetros de diseño de elementos de Guadua cultivada en el

municipio de Aratoca, Santander. Bucaramanga: Universidad Industrial de Santander,

Facultad de Ingenirías físico-mecánicas, Escuela de ingenieria civil.

Garcia, S. (2011). Fibras y materiales de refuerzo: los poliésteres reforzados aplicados a la

realizacion de piezas en 3D. Revista iberoamericana de polimeros, 268-282.

González, L., Giraldo, C., & Torres, J. (2013). Evaluación de la resistencia a la compresión en

canutos de Guadua, rellenos con morteros. Revista Colombiana de materiales, 30-34.

Gutiérrez, M. (2011). Factor de corrección por contenido de humedad para la resistencia a

tensión paralela a la fibra de la guadua Angustifolia Kunth. Bogota, DC: Tesis de maestría,


Jaramillo, D. L., & Sanclemente, A. G. (2003). Estudio de uniones en guadua con angulo de

inclinación entre elementos. Bogotá D.C: Trabajo de grado, Facultad de Ingeniería,

Departamento de Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Colombia.

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS Y CERTIFICACIÓN. Métodos de

ensayo para determinar las propiedades físicas y mecánicas de la guadua angustifolia

Kunth. Bogotá : ICONTEC, 2007. 11h.: il. (NTC 5525).

Lamus, F. A., Plazas, M. A., & Luna, P. (2015). Resistencia de una conexión empernada solicitada

a cizalladura doble paralalela a la fibra para estructuras de guadua angustifolia. Tecnura,

52-62.


Lamus, F., Plazas, M., & Luna, P. (2015). Resistencia de una conexión empernada solicitada a

cizalladura doble paralela a la fibra de la Guadua. Tecnura, 19(43), 52-62.

Mojica, A., & Paredes, J. (2004). El cultivo del fique en el departamento de Santander. Centro

Regional de Estudios Económicos, Bucaramanga (Santander, Colombia), 154.

Oka, G., Triwiyono, A., Siswosukarto, S., & Awaludin, A. (2014). An Experimental and

Theoretical of Shear Connector Strength with Void Filler Material on Layers Full-Bamboo

beam. Yogyakarta: Articulo de investigación, Institute of Research Engineers and Doctors.

Pacheco, C. A. (2006). Resistencia a la tracción perpendicular a la fibra de la Guadua

angustifolia. Bogotá D.C: Trabajo de grado, Facultad de ingeniería, Departamento de

ingeniería civil y agricola, Universidad Nacional de Colombia.

Pacheco, C. A. (2006). Resistencia a la tracción perpendicular a la fibra de la Guadua

Angustifolia. Bogotá D.C: Trabajo de grado, Facultad de ingeniería, Departamento de

ingeniería civil y agricola, Universidad Nacional de Colombia.

Pachón, V. A., & Sanabria, J. I. (2014). Influencia del diametro del perno en la resistencia al

cizallamiento doble de conexiones empernadas de guadua angustifolia con carga

perpendicular. Bogotá: Trabajo de grado, Programa de Ingenieria Civil, Universidad de la

Salle.

Pantoja, N., & Acuña, D. (2005). Resistencia al corte paralelo a la fibra de la Guadua

Angustifolia. Bogota, DC: Trabajo de grado. Universidad Nacional de Colombia.

Phanratanamala, S. (2014). The Study of Design and Structural Potential of Bamboo Practical

Joints and Frame Truss System.Articulo de investigación.


Prada, J. A., & Zambrano, J. (2003). Estudio de elementos en guadua, solicitados a compresión,

con perforación para el relleno de mortero. Bogotá: Articulo de investigación, Unidad de

estructuras y construcción.

Prieto, R. (2004). Optimización de union en Guadua ante solicitación de fuerza sísmica.

Bucaramanga: Trabajo de grado. Universidad Industrial de Santander. Facultad de

ingenierías físico-mecánicas. Escuela de ingeniería civil.

RESINAS DE POLIESTER Y FIBRA DE VIDRIO. (ESTRATIFICADO). (s.f.). Obtenido de

http://usuaris.tinet.cat/jaranda/Poliester_archivos/Page396.htm

Sosa, M., Águila, I., & Centeno, Y. (2011). Desempeño del concreto reforzado con fibras de sisal

para la producción de paneles exteriores. Tecnología constructiva.

Takeuchi, C. P., & González, C. E. (2007). Resistencia a la compresión paralela a la fibra de la

guadua angustifolica y determinación del módulo de elasticidad. Bogotá: Articulo de

investigación.

Takeuchi, C., Duarte, M., & Erazo, W. (2013). Análisis comparativo en muestras de Guadua

angustifolia Kunth solicitadas a compresión paralela a la fibra. Ingeniería y Región, 117-

124.

Torres, L. (2005). Modelo anisótropo de elementos finitos para el análisis mecánico del bambú y

su verificación experimental. Universidad del Valle.

Uribe, M., & Durán, A. (2002). Estudio de elementos solicitados a compresión armados por tres

guaduas. Bogotá D.C: Tranajo de Grado, Facultad de Ingeniería, Departamento de

Ingeniería Civil, Universidad Nacional de Colombia.


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Uniones a tracción en guadua angustifolia empleando