2301-11-04521
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
“BAMBÚ COMO ALTERNATIVA ECOLÓGICA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDAS DE INTERÉS SOCIAL”
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR
AL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
REALIZADO POR LOS BACHILLERES:
ADNAN J. EL MAAZ V. C.I.: 19.087.047
ANDRES A. URDANETA P.
C.I.: 19.679.312
TUTOR ACADÉMICO:
DR. EDUARDO VELASQUEZ C.I.: 7.608.640
MARACAIBO, JULIO DE 2011
DERECHOS RESERVADOS
BAMBÚ COMO ALTERNATIVA ECOLÓGICA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDAS DE INTERÉS SOCIAL
El Maaz V. Adnan J. CI: 19087047 Calle 71, Urb. La Victoria Edif. 22 Sector La Victoria Telefono: 7564353 [email protected]
Urdaneta P. Andrés A. CI: 19.679.312 Calle 79-E N° 86-246 Sector La Floresta Telefono: 7554744 [email protected]
Dr. Eduardo Velasquez
Tutor Académico
DERECHOS RESERVADOS
El jurado aprueba el trabajo especial de grado, “BAMBÚ COMO ALTERNATIVA ECOLÓGICA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDAS DE INTERÉS SOCIAL” que los bachilleres El Maaz Velasco, Adnan Jesús C.I. 19.087.047 y
Urdaneta Pérez, Andrés Alberto C.I. 19.679.312 presentan, en el cumplimiento
con los requisitos señalados en el reglamento de la Escuela de Ingeniería Civil
para optar al título de Ingeniero Civil.
JURADO EXAMINADOR
Dr. Eduardo Velasquez Tutor / Jurado
Ing. Jesús Medina Ing. Ernesto Velasquez Jurado Jurado
Ing. Nancy Urdaneta
Director de la Escuela de Ingeniería Civil
Ing. Oscar Urdaneta Decano de la Facultad de Ingeniería
DERECHOS RESERVADOS
AGRADECIMIENTOS • Agradecemos a Dios, sobre todas las cosas por habernos guiado siempre en
nuestro camino.
• A nuestros padres y demás familiares, por habernos apoyado en todo
momento.
• A nuestro tutor académico Dr. Eduardo Velasquez, por habernos escuchado y
orientado durante el trabajo de investigación, sirviéndonos siempre como guía.
• Al profesor Ing. Jesús Medina, por apoyarnos incondicionalmente y guiarnos
durante las etapas más importantes de nuestra carrera, además de habernos
brindado siempre su ayuda en esta investigación y su amistad.
• A la Arq. Johana Velasco, por habernos ayudado siempre y habernos
acompañado en los momentos difíciles.
DERECHOS RESERVADOS
DEDICATORIA
• A Dios, por todo lo que tengo y todo lo que soy.
• A mis padres por el apoyo que me han brindado durante toda la vida.
• A mi novia Johana que nunca han dejado de estar orgullosa de mi,
brindándome su amor, ayuda y apoyo por sobre todas las cosas.
• A mi compañero de tesis Andrés Urdaneta, por su amistad y ayuda en este
proyecto.
• A mis hermanos y primos por hacerme olvidar de las preocupaciones de vez en
cuando.
• A todas esas personas que de alguna manera me ayudaron y apoyaron
durante toda la carrera.
ADNAN J. EL MAAZ V.
DERECHOS RESERVADOS
DEDICATORIA
• Primeramente a Dios por guiar mis pasos en todo momento y por permitirme
ser quien soy.
• Seguidamente a mi abuelo Andrés Suárez por ser una gran inspiración, por sus
consejos, su apoyo incondicional y por estar siempre estar allí cuando lo
necesitaba. Esto es para ti chaval querote.
• A mis padres por ser las personas que me dieron la vida y por su amor que ha
estado todos los días siempre dándome ánimos para cumplir mis metas.
• A mi familia entera por sus buenos deseos.
• A Susana por escucharme, por sus consejos, por su apoyo y amor sobre todas
las cosas.
• A mi compañero Adnan el Maaz por su amistad.
• Finalizando, a todos los profesores y compañeros con los que tuve la
oportunidad de compartir.
ANDRES A. URDANETA P.
DERECHOS RESERVADOS
ÍNDICE GENERAL
Pág. INTRODUCCIÓN………………………………………………………….…………….15 1. CAPÍTULO I……………………………………………………..………….….…….17
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………...…..……..17 1.2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN………………………………..……20
1.2.1 OBJETIVO GENERAL…………………..………………..…………….20 1.2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………..………………………….20
1.3 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA……………………...……………....…21 1.4 DELIMITACIÓN………………………..………………………………………22
2. CAPÍTULO II…………………………..……………………………………………..23 2.1 ANTECEDENTES……………………..………………………………………23 2.2 FUNDAMENTOS TEÓRICOS…………………………..……………………25
2.2.1 BAMBÚ O GUADUA ANGUSTIFOLIA …………………….........…..25 2.2.2 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LA PLANTA ……..………27 2.2.3 PROPIEDADES FÍSICO-MECÁNICAS …………….………..………29 2.2.4 CARACTERÍSTICAS DE LOS COMPONENTES DEL GUADUAL…………………………..…………………………………………....30 2.2.5 PRESERVACIÓN E INMUNIZACIÓN DEL BAMBÚ O GUADUA…………......…………………………………………………………..33 2.2.6 EL BAMBÚ Y LOS MOVIMIENTOS SÍSMICOS …………………….35 2.2.7 BAMBÚ VERSUS CONCRETO, ACERO Y MADERA...………..….36 2.2.8 BAMBÚ COMO REFUERZO DEL CONCRETO ……….…..……….36 2.2.9 UNIONES ESTRUCTURALES DEL BAMBÚ.……………............…39 2.2.10 IMPORTANCIA AMBIENTAL…...…………………………………...42
DERECHOS RESERVADOS
2.3 DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS………………...…………………..44 2.4 SISTEMA DE VARIABLES……………..….…………………………………48
2.4.1 VARIABLE…………………………………………………………..…...48 2.4.2 DEFINICIÓN CONCEPTUAL……..……………………………………48 2.4.3 DEFINICIÓN OPERACIONAL………………..………………………..48 2.4.4 CUADRO DE VARIABLES…………………………...………………..49
3. CAPÍTULO III………………………………………………..……………………….50 3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN………………..…………………………………50 3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN…………………………………..……...51 3.3 UNIDAD DE ANÁLISIS……………………………………………...………..52 3.4 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE DATOS………………………………53 3.5 FASES DE LA INVESTIGACIÓN……………..………………....………….55
3.5.1 IDENTIFICACIÓN DE LAS PROPIEDADES ECOLÓGICAS DEL BAMBÚ………………………………………………..………………………….55 3.5.2 ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DEL BAMBÚ COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL……………………………….…………………55 3.5.3 PROPUESTA DE UN DISEÑO DE VIVIENDA DE INTERÉS SOCIAL APLICANDO EL BAMBÚ.…………..…………………..……………………..55
4. CAPÍTULO IV…………………………………………………..……………………57 4.1 RESULTADOS……………………..………………………………………….57
4.1.1 PROPIEDADES ECOLÓGICAS DEL BAMBÚ ……………………..58 4.1.1.1 PROPIEDADES ECOLÓGICAS DEL BAMBÚ COMO PLANTA Y RECURSO EXPLOTABLE.…..………………………………………….58 4.1.1.2 BENEFICIOS ECOLÓGICOS DEL BAMBÚ CUANDO ES APLICADO A UNA VIVIENDA.…………………………..………………..62 4.1.1.3 DESVENTAJAS DEL BAMBÚ…………………………………..64
4.1.2 COMPORTAMIENTO DEL BAMBÚ COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL …………………………………………………….…………..65
DERECHOS RESERVADOS
4.1.2.1 RESISTENCIA DEL BAMBÚ A LOS DISTINTOS ESFUERZOS…………………………………………...…………………....65 4.1.2.2 COMPORTAMIENTO DE LOS ELEMENTOS DE BAMBÚ COMO VIGA Y COLUMNA.………………………………….…………….77 4.1.2.3 UNIONES ESTRUCTURALES………………………..…….…...90 4.1.2.4 TIPO DE FUNDACIONES QUE SE USAN EN CONSTRUCCIONES CON BAMBÚ……………………...……………….92 4.1.2.5 COMPORTAMIENTO DEL BAMBÚ CUANDO ES SOMETIDO A FUEGO………………………………………..……………………………94
4.1.3 PROPUESTA DE DISEÑO DE VIVIENDA DE INTERÉS SOCIAL APLICANDO BAMBÚ.………………………………..………………………...95
4.1.3.1 MODELO ARQUITECTÓNICO DE LA VIVIENDA..………..….95 4.1.3.2 CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO.…………...96 4.1.3.3 SOLICITACIONES A LAS CUALES ESTÁN SOMETIDAS LAS ESTRUCTURAS…………………………..…………………………………97 4.1.3.4 DIMENSIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES ………….……………………………………………..98 4.1.3.5 DISEÑO Y ACABADO DE CERRAMIENTOS………….…….100
CONCLUSIONES…………………………..………………………………………….102 RECOMENDACIONES………………………..………………………………………104 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS……………………..………………………….105
ANEXOS……………………………….....…………………………………………….107
DERECHOS RESERVADOS
ÍNDICE DE GRÁFICAS
Pág. GRAFICA 4.1 HISTOGRAMA DE RESISTENCIAS MÁXIMAS A LA TRACCIÓN.............................................................................................................66 GRAFICA 4.2 HISTOGRAMA DE RESISTENCIAS MÁXIMAS A LA COMPRESIÓN.............……………………………………………………….……..….68 GRAFICA 4.3 FRECUENCIAS ACUMULADAS DE ESFUERZOS ÚLTIMOS A COMPRESIÓN.…………………………………………………………………………..70 GRAFICA 4.4 HISTOGRAMA GENERAL DE RESISTENCIAS A LA FLEXIÓN…………………………………………….…………….……………………..73
GRAFICA 4.5 HISTOGRAMA DE RESISTENCIAS MÁXIMAS AL CORTE.........75
GRAFICA 4.6 ESFUERZO VS. ESBELTEZ..........................................................86
GRAFICA 4.7 CURVAS DE ESBELTEZ PARA GUADUA....................................87
ÍNDICE DE CUADROS
Pág. CUADRO 4.1 RESUMEN DE RESULTADOS A COMPRESIÓN…………..……..69 CUADRO 4.2 ESFUERZOS MÁXIMOS PROMEDIOS Y ADMISIBLES PARA LA GUADUA.…………………………………………………………….……..……………77 CUADRO 4.3 SOLICITACIONES DE CARGA MUERTA (PESO PROPIO)… .…97
DERECHOS RESERVADOS
ÍNDICE DE ANEXOS
Pág. ANEXOS 1 MODELO ARQUITECTÓNICO DE LA VIVIENDA…………..………107 ANEXO 2 CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO………….……..….111 ANEXOS 3 DIMENSIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES…
……………………………………………………………………………………………114 ANEXOS 4 DISEÑO Y ACABADO DE CERRAMIENTOS………………………..122
DERECHOS RESERVADOS
EL MAAZ ADNAN Y URDANETA ANDRÉS, 2011. “BAMBÚ COMO ALTERNATIVA ECOLÓGICA PARA LA CONSTRUCCIÓN DE VIVIENDAS DE INTERES SOCIAL”. TRABAJO ESPECIAL DE GRADO. FACULTAD DE INGENIERÍA. ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL. UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA. MARACAIBO, VENEZUELA. 2011. 124 p.
RESUMEN Los sistemas constructivos tradicionales son unos de los mayores consumidores de recursos naturales no renovables, y es que los materiales comúnmente utilizados requieren de grandes explotaciones y procesos industriales para su posterior uso en la construcción ocasionando un fuerte impacto ambiental y siendo grandes fuentes de contaminación. Esto sumado a los recientes cambios climáticos que han dejado sin vivienda a un gran número de familias hace necesario el desarrollo de nuevas alternativas que sean más amigables con el medio ambiente y que se inclinen más hacia el desarrollo sostenible. Es aquí donde aparece el bambú, un material que por sus propiedades, abundancia y bajo costo representa una alternativa constructiva para la solución de estos problemas, permitiendo así atacar con mayor rapidez el déficit de viviendas existente en el país. La investigación es descriptiva y utiliza la observación documental, teniendo como unidad de análisis al bambú, ya que se estudia al mismo y a sus propiedades basándose en fuentes información documentada. El bambú tiene una infinidad de propiedades ecológicas como su biodegradabilidad, rápido crecimiento, aislamiento acústico y térmico, entre otras. Sumado a eso, cuenta con muy buenas características estructurales y puede soportar grandes cargas a pesar de su poco peso. Cuando se aplica al diseño de una vivienda se obtienen elementos estructurales sencillos, livianos y por tanto se reducen las cargas y costos, a esto se le agrega la simplicidad de los métodos usados para concluir que el bambú es ideal y puede emplearse para el desarrollo sostenible de la construcción. Palabras clave: bambú, Guadua Angustifolia, alternativa ecológica, material de construcción, viviendas de interés social. [email protected], [email protected].
DERECHOS RESERVADOS
EL MAAZ ADNAN Y URDANETA ANDRÉS, 2011. “BAMBOO AS AN ECOLOGICAL ALTERNATIVE FOR THE CONSTRUCTION OF SOCIAL INTEREST HOUSING”. FACULTY OF ENGINEERING. CIVIL ENGINEERING SCHOOL. UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA. MARACAIBO, VENEZUELA. 2011. 124 p.
ABSTRACT
The traditional construction systems are among the biggest consumers of non renewable natural resources, and is that commonly used materials requires large farms and industrial processes for later use in building causing serious environmental harm and being major sources of pollution. This added to the recent climate changes have left homeless to a large number of families make necessary to develop new alternatives that be environmentally friendly and be more inclined towards sustainable development. It is here where bamboo appears, a material that by its properties, abundance and low cost is a constructive alternative to solve these problems, allowing faster attack the housing shortage in the country. The research is descriptive and uses documentary observation, taking as unit of analysis the bamboo, because the study of it and its properties are based on documented information sources. Bamboo has a lot of ecological properties like biodegradability, rapid growth, sound and heat insulation, among others. Added to that, it has very good structural characteristics and can withstand heavy loads despite their light weight. When it is applied to a house design, simple and light structural elements are obtained, reducing the loads and costs, this added to the simplicity of the methods used leads to the conclusion that the bamboo is ideal and can be used for sustainable development construction. Key words: bamboo, Guadua Angustifolia, ecological alternative, construction material, social interest housing. [email protected], [email protected]
DERECHOS RESERVADOS
INTRODUCCIÓN Los sistemas constructivos tradicionales son unos de los mayores
consumidores de recursos naturales no renovables, y es que los materiales
comúnmente utilizados requieren de grandes explotaciones y procesos
industriales para su posterior uso en la construcción ocasionando un fuerte
impacto ambiental y siendo grandes fuentes de contaminación. Adicionalmente
involucran grandes costos, requieren mucha energía y prolongados tiempos de
ejecución por lo que en muchos casos hacen difícil la solución oportuna y
adecuada a uno de los problemas más fuertes existentes en el país, que es el
déficit de viviendas, el cual ha venido aumentando dados los recientes cambios
climáticos y desastres ambientales, que sumado a los problemas económicos
latentes hacen muy difícil el desarrollo y la solución oportuna de esta situación.
Por tal motivo es necesario desarrollar nuevas alternativas que sean más
amigables con el medio ambiente y que se inclinen mas hacia el desarrollo
sostenible, que no requieran de grandes procesos industrializados y a su vez
sean mas accesibles desde el punto de vista económico para todos los sectores
de la sociedad.
El bambú es un material que por sus propiedades, abundancia y bajo costo
representa una alternativa constructiva para la solución de estos problemas. La
“Guadua Angustifolia”, bambú o guafa como se conoce en el país, es una planta
pariente del arroz y maíz y es el único “dinosaurio” vegetal viviente sobre el
planeta, capaz de convertirse en gran opción ecológica y económica para la
construcción
DERECHOS RESERVADOS
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Por lo antes planteado se pretende desarrollar un análisis del bambú como
material de construcción, estudiando sus propiedades ecológicas y ambientales
así como también sus características y comportamiento estructural para luego
diseñar una vivienda utilizando este material.
El presente trabajo metodológicamente esta estructurado en cuatro capítulos;
el primero detalla la fundamentación, los objetivos y la delimitación de la
investigación; el segundo contempla todas las bases teóricas, los antecedentes y
el sistema de variables de la investigación; el tercer capítulo define el tipo y diseño
de investigación y describe los procedimientos a seguir en la realización de todos
los componentes que conforman la misma y por ultimo en el cuarto capítulo se
presentan los resultados obtenidos, para luego exponer las conclusiones y
recomendaciones finales.
Todo esto con la finalidad de presentar al bambú y plantear su posible
incorporación a la construcción de viviendas de interés social, cumpliendo con las
condiciones técnicas exigidas, para así proveerle al habitante una buena
seguridad disminuyendo de alguna manera la utilización de materiales
tradicionales más costosos y dañinos para el entorno.
DERECHOS RESERVADOS
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
En este capítulo se explica, en forma detallada, la necesidad de realizar un
estudio del bambú como alternativa ecológica para la construcción de viviendas de
interés social; así como los objetivos planteados para dicho estudio y los
beneficios que se pueden tener con este material.
Se presenta a continuación el planteamiento y formulación del problema que
persigue esta investigación, así como también los objetivos, justificación e
importancia en la realización del presente trabajo. 1.1 Planteamiento del problema Los sistemas constructivos tradicionales son unos de los mayores
consumidores de recursos naturales no renovables, y es que los materiales
comúnmente utilizados requieren de grandes explotaciones y procesos
industriales para su posterior uso en la construcción ocasionando un fuerte
impacto ambiental y siendo grandes fuentes de contaminación. Adicionalmente
involucran grandes costos, requieren mucha energía y prolongados tiempos de
ejecución por lo que en muchos casos hacen difícil la solución oportuna y
adecuada a uno de los problemas más fuertes existentes en el país, que es el
déficit de viviendas.
DERECHOS RESERVADOS
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Los recientes cambios climáticos han venido originando una serie de
problemas y desastres ambientales a nivel mundial y en Venezuela
específicamente han causado graves daños dejando damnificadas y sin vivienda a
un gran número de familias, que sumado a los problemas económicos latentes
hacen muy difícil el desarrollo y la oportunidad de estas personas a tener
viviendas dignas para mejorar su calidad de vida.
Por tal motivo es necesario desarrollar nuevas alternativas que sean más
amigables con el medio ambiente y que se inclinen más hacia el desarrollo
sostenible, que no requieran de grandes procesos industrializados y a su vez
sean mas accesibles desde el punto de vista económico para todos los sectores
de la sociedad.
En Latinoamérica y mas específicamente en Venezuela existe un material que
por sus propiedades, abundancia y bajo costo representa una alternativa
constructiva para la solución de estos problemas. Se trata de la “Guadua
Angustifolia”, bambú o guafa como se conoce en el país, que no es más que una
planta pariente del arroz y maíz y es el único “dinosaurio” vegetal viviente sobre el
planeta, capaz de convertirse en gran opción ecológica y económica para la
construcción.
El bambú es uno de los materiales usados desde la antigüedad por el hombre
para aumentar su comodidad y bienestar, pero también puede utilizarse como
material de construcción, ya sea primario, secundario, u ocasional en las áreas
donde crece en suficiente cantidad, y siendo Venezuela un país tropical por
excelencia, la distribución de esta gramínea se encuentra casi en su totalidad
sobre el territorio, desde el nivel del mar, hasta incluso por encima de los 3000
metros sobre el nivel del mar.
DERECHOS RESERVADOS
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Aunque principalmente el empleo de estos materiales está dirigido a la
autoconstrucción, puede ser obtenido mediante procesos artesanales y semi
industriales, utilizando herramientas cada vez más complejas y personal de planta.
Sin embargo la herramienta fundamental para su procesamiento como material de
construcción es el hacha y el machete, por lo que bambú implica una tecnología
sencilla que no daña el medio ambiente.
La flexibilidad y la alta resistencia a la tensión hacen que el bambú sea
altamente resistente a los sismos, y en caso de colapsar, su poco peso causa
menos daño haciendo la reconstrucción rápida y fácil. El bambú debe ser tratado
para protegerlo de insectos con un ahumado natural y debe aplicársele también un
barniz especial para protegerlo del fuego en casos de posibles incendios. También
es un material muy bueno para mantener una temperatura agradable dentro de la
vivienda, permitiendo tener el lugar fresco con poca humedad en el ambiente,
proporcionando comodidad y bienestar a sus habitantes.
La incorporación del bambú a la construcción de viviendas de interés social
puede hacerse, siempre y cuando cumpla con las condiciones técnicas exigidas,
para así proveerle al habitante una buena seguridad disminuyendo de alguna
manera la utilización de materiales tradicionales más costosos y dañinos para el
entorno.
Las casas que contienen en su construcción elementos de bambú pueden ser
atractivas, económicas y, si se diseñan bien, duraderas. Componente por
componente, el bambú es más fuerte que el acero y aunque una casa puede
construirse con bambú en su totalidad, usualmente se combina con otros
materiales de construcción como el concreto o el acero dependiendo de su
disponibilidad, idoneidad y costo.
DERECHOS RESERVADOS
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Es por todo esto, que el estudio del bambú como elemento estructural y
material principal en edificaciones sencillas y su propuesta como alternativa
ecológica para la construcción de un modelo de vivienda de interés social es una
opción bastante viable para contribuir de alguna manera en la solución del
problema de déficit de vivienda en el país, aplicando técnicas sencillas, modernas
y usando estructuras livianas al mismo tiempo que se es amigable con la
naturaleza y el ambiente, permitiendo además construir edificaciones de calidad a
bajo costo y en corto tiempo.
1.2 Objetivos de la Investigación
1.2.1 Objetivo General
• Caracterizar el bambú como alternativa ecológica para la
construcción de viviendas de interés social.
1.2.2 Objetivos Específicos
• Identificar las propiedades ecológicas del bambú como material de
construcción.
• Analizar el comportamiento del bambú como elemento estructural
para la construcción de viviendas de interés social.
• Proponer un diseño de vivienda de interés social aplicando el bambú
como material principal de construcción.
DERECHOS RESERVADOS
21
1.3 Justificación e Importancia La construcción ha avanzado y crecido con el desarrollo de la sociedad y de
las nuevas tecnologías, todo con el objetivo de satisfacer las necesidades cada
vez más exigentes de la humanidad. Así han surgido nuevos materiales, nuevos
métodos constructivos, nuevos sistemas y herramientas que facilitan la ejecución
garantizando mayor seguridad y confort, todo gracias a los grandes avances en la
ingeniería y en la arquitectura moderna.
Sin embargo, a medida que crece la sociedad aumenta el consumo de recursos
naturales no renovables, así como la producción de agentes contaminantes que
causan un grave daño ambiental, y provocan cambios que generalmente afectan
en mayor medida a los sectores menos favorecidos de la sociedad.
En Venezuela el creciente aumento de la población sumado a los problemas
económicos existentes han generado un gran déficit de viviendas que se ha visto
en aumento con los constantes cambios y desastres naturales de los últimos años
que han dejado sin hogar a un gran número de venezolanos.
Todo esto lleva al estudio de nuevos materiales que representen una
alternativa económica y eficiente que permitan atacar con mayor rapidez el
problema del déficit de viviendas y a su vez sean amigables con el ambiente
orientándose hacia el desarrollo sostenible. Es aquí donde el bambú puede jugar
un papel importante, ya que por sus propiedades, abundancia y simplicidad se
impone como una opción bastante interesante y viable para la construcción de
este tipo de viviendas.
DERECHOS RESERVADOS
22
Por lo antes planteado, es factible el estudio mas a fondo del bambú como una
opción en la elaboración de viviendas a bajos costos que permitan solventar la
situación en el país e incorporar el recurso forestal a los programas de desarrollo
social, con el objeto de contribuir a diversificar la estructura productiva, generar
empleos, sustituir importaciones y mejorar los mecanismos de protección y
conservación de los recursos naturales.
1.4 Delimitación
• Delimitación Espacial
Esta investigación se llevó a cabo en el Estado Zulia, específicamente
en la ciudad de Maracaibo.
• Delimitación Temporal
Periodo de tiempo comprendido desde Enero 2011 hasta Septiembre
2011.
• Delimitación Científica
Principalmente se basó en el estudio de las propiedades ecológicas y
estructurales del bambú como alternativa para la construcción de un
modelo de vivienda de interés social.
DERECHOS RESERVADOS
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
La finalidad de este capitulo es proporcionar la información suficiente para
tener un conocimiento general del bambú y sus características como elemento
estructural para la construcción de viviendas de interés social así como su
importancia en la protección del medio ambiente. A continuación, se realiza la
revisión de literatura, la cual abarca varios campos de acción tales como los
antecedentes y las bases teóricas, definición de términos básicos y por último el
sistema de variables.
2.1 Antecedentes “Bambú, el acero vegetal usado en la construcción”. Artículo de Noticias de
Arquitectura. Simón Vélez; David Sands; Darrel DeBoer. Colombia. 2008. En esta
investigación se unieron tres grandes arquitectos el colombiano Simón Vélez y los
estadounidenses David Sands y Darrel Deboer, presentando al bambú como el
posible material de construcción a escoger en el siglo XXI. Vélez hizo un simple
descubrimiento al usar pequeñas cantidades de pernos o tornillos en las juntas, en
cambio de los métodos tradicionales de usar amarres o sogas, pudiendo por
primera vez descubrir la verdadera fuerza natural y la flexibilidad de la guadua, un
grueso bambú latinoamericano, para construir bóvedas al estilo de una catedral y
techos de nueve metros capaces de soportar 10 toneladas métricas. Sands tras
construir cientos de casas en Hawai y resorts en Bali con Bambú, quiere ahora
incursionar en Estados Unidos, donde su reto incluye el tema de las bajas
DERECHOS RESERVADOS
24
temperaturas y lidiar con inspectores de obras que no conocen las bondades del
bambú, mientras el arquitecto DeBoer, en San Francisco, afirma que las
estructuras de bambú sirven para cualquier clima, una vez aisladas de los
elementos con las bases adecuadas.
Este artículo sirvió como material de apoyo para el diseño de las juntas entre
elementos de bambú, además de dar a conocer sus propiedades y
comportamiento en diferentes tipos de climas.
“El bambú usado como material de construcción“. Ponencia del XXI Congreso
de Centroamérica y Panamá de Ingeniería Sanitaria y Ambiental. Arq. Nelly
Belinda Falck. Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional Autónoma de
Honduras (UNAH). Honduras. 1998. Aquí se hace referencia a que existen pocas
especies maderables que tengan tantas ventajas como el bambú, el hecho de que
se llegue a usar correctamente depende de “la voluntad” que se tenga en conocer
estas “posibilidades” y la decisión de utilizarlo. Este breve artículo tiene como
objetivo, dar a conocer en una forma concisa las potencialidades del bambú para
promover su uso en Honduras, expone temas como la sostenibilidad del cultivo y
sus diferentes usos (forestales, constructivos y agrícolas).
En cuanto al aporte de este artículo, permitió conocer las ventajas que ofrece el
bambú sobre otras maderas y materiales utilizados en la construcción, además de
mostrar lo sencillo y sostenible de su proceso de cultivo.
“Estudio de las propiedades mecánicas de haces de fibra de Guadua
Angustifolia”. Trabajo de Grado. Ing. Luís Moreno Montoya; Ing. Lina Rocío Osorio
Serna; Ing. Efraín Trujillo de los Ríos. Departamento de Ingeniería Industrial.
Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales. Colombia. 2006. Este estudio
abarcó la determinación de las propiedades mecánicas de los haces de fibra de
DERECHOS RESERVADOS
25
Guadua Angustifolia en función de tres factores: edad del culmo, altura del culmo y
espesor de pared, con el propósito de evaluar la posibilidad de que dichos haces
puedan ser utilizados como fase de refuerzo en materiales compuestos. Utilizando
el ensayo de tensión se obtuvieron los siguientes resultados: resistencia a la
tensión máxima promedio 642,58 MPa, módulo de elasticidad promedio 26,61
GPa, porcentaje de elongación promedio 2,4. Los haces de fibra que presentaron
mayor resistencia a la tensión promedio fueron los intermedios para todas las
edades, el mayor módulo de elasticidad promedio se presentó en haces de fibra
exteriores de culmos maduros y el menor porcentaje de elongación se presentó en
haces de fibra exteriores del culmo.
Esta investigación sirvió para conocer las diferentes propiedades mecánicas
del bambú (resistencia, elasticidad y porcentaje de elongación), en sus diferentes
edades, alturas y espesores.
2.2 Fundamentos Teóricos 2.2.1 Bambú o Guadua Angustifolia El bambú ha sido desde hace siglos una pieza vital para muchos pueblos en su
desarrollo. Sin este recurso el desarrollo de muchos países como Filipinas, China,
Canadá, Colombia, Senegal o Francia y alrededores habrían sido totalmente
diferentes.
Fueron primero los colonizadores y luego los campesinos y maestros de la
construcción los encargados de darle a la guadua la importancia que se merece,
su valor depende de la aplicabilidad y del espacio físico donde la misma se utilice.
DERECHOS RESERVADOS
26
Aunque se tenga referencia sobre su uso principal en territorios menos
desarrollados, existen cada vez más las construcciones sustentadas con este
material natural, ecológico y denominado como el acero vegetal. La guadua es
una especie forestal representada por esbeltos y modulados tallos que enaltecen
el paisaje de los valles interandinos. La guadua es larga, recta, uniforme en su
desarrollo, liviana, hueca, resistente, suave, de rápido crecimiento, de bello color e
imperceptiblemente cónica.
Conocido como "la gramínea maravillosa”, el bambú crece en zonas templadas
de todo el mundo, especialmente en Asia y América Latina y se distingue por su
resistencia estructural, liviandad y hábitat perenne.
Una vez que se siembra, estará ahí toda la vida. Mientras un árbol maderable
demora en crecer 15 o 20 años, un bambú apenas necesita cinco años. Ya se está
reconociendo el bambú como recurso económico, protector de la tierra y fuente de
ingresos. Las familias campesinas saben que si siembran hay industrias que se lo
compran, propiciándose así un nuevo tipo de economía. El bambú tiene
innumerables usos por sus características físico-mecánicas que garantizan
elementos estructurales para falsa obra, pisos, paredes, tabiques, puertas,
ventanas, artesanías y otros, sirviendo también para contribuir en la preservación
de cuencas hidrográficas, quebradas y laderas erosionadas, que proporcionan una
eficiente recuperación de los suelos por su gran capacidad de amarre del sistema
rizomático (donde hay agua no se seca el río y el agua es potable), y además
aporta al entorno un mejoramiento paisajístico, aportando color, armonía y
purificación ambiental.
Para ejecutar construcciones adecuadas con guadua, es indispensable conocer
y ejecutar correctamente el proceso preliminar de cultivo y obtención del material,
además requiere de un proceso de inmunización, ya que la planta está
DERECHOS RESERVADOS
27
amenazada por agentes bióticos (plagas), entre los que encontramos roedores,
escarabajos y otros insectos.
Pocas especies maderables se han conocido que tengan tantas ventajas como
el bambú, el hecho de que se llegue a usar correctamente en nuestro país
depende de “la voluntad” que tengan los que lleguen a conocer estas
“posibilidades” y se decidan a utilizarla.
La Guadua Angustifolia se encuentra en estado natural en Colombia, Ecuador y
Venezuela, en donde forman colonias dominantes conocidas popularmente como
“guaduales” concentrados principalmente en la región andina, entre los 0 y 2000
metros sobre el nivel el mar; se observa principalmente a la orilla de ríos y
quebradas, en el pie demente de la cordillera, en los bosques montanos medio y
bajo y en los valles interandinos. La Guadua Angustifolia ha sido introducida a
varios países de Centroamérica y del Caribe, e inclusive al Asia, Norteamérica y
Europa.
2.2.2 Características generales de la planta El bambú es una planta gramínea, botánicamente se clasifica en los
Cormofitos, dentro de la subdivisión de los espermatofitinios (Fanerógamas):
• Clase: Angiospermas
• Subclase: Monocotiledóneas
• Orden: Gluminofloralejo
• Familia: Gramineaopoaceae
• Subfamilia: Bambusoideae
• Tribu: Bambusae o Poaceae
DERECHOS RESERVADOS
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Dentro de la subfamilia Bambusoideae existen aproximadamente 90 géneros
en los que se clasifican las 1250 especies que se conocen dentro de cinco (5)
tribus:
• Anomochloeae Olyreae
• Buerge
• Siochioeae
• Sreptochacteae
• Bambusae
La especie bambusae es la más utilizada en la Industria de la construcción por
ser la mas resistente, dentro de la que se encuentra la Guadua Angustifolia como
la especie de mayor aplicación y utilidad. Morfológicamente se encuentran en el
grupo de las plantas leñosas cuya clasificación se puede observar en la figura 2.1
Fig.2.1 Gramíneas Bambusoides, clasificación
Fuente: Vélez y otros (2008).
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29
2.2.3 Propiedades Físico-Mecánicas Una característica de todo producto de la naturaleza es su variabilidad; la
guadua como tal es buen ejemplo de ello. No existen dos pedazos de guadua
iguales, aun siendo parte del mismo tallo o caña.
Se presentan condiciones del ambiente como son el suelo y el clima que
afectan la tasa de crecimiento, así como la estructura, la forma y las propiedades
de resistencia. Se pueden mencionar otros ejemplos que son fuentes de variación
en las propiedades de la guadua como la presencia o ausencia de luz y las
labores silviculturales en el guadual como la poda de ramas. Se puede concluir
entonces, que la guadua es un material bastante heterogéneo en su constitución
interna, producto del medio ambiente donde se desarrolle.
Entre los 3 y 6 años de crecimiento, alcanza su máxima resistencia, en general
llega a estas dimensiones promedio:
• Altura entre 18 y 30 m
• Diámetros entre 8 y 18 cm
• Espesores entre 2 y 2.5 cm. en el medio y de 1,5 hacia los extremos
• Distancia entrenudos de 7 a 10 cm. en la base y de 25 a 35 cm. en el
medio
En el diseño de una construcción el arquitecto o ingeniero debe garantizar
seguridad, calidad, economía y durabilidad, aplicando su conocimiento científico y
tecnológico. En el campo de la construcción, el comportamiento de los elementos
estructurales tiene una fuerte relación frente a los diferentes esfuerzos a que se
ven sometidos.
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30
En el caso del bambú, las propiedades mecánicas dependen de las
características físicas del material que en particular sea utilizado en la
construcción y no corresponden a valores absolutos o comparables con otras
muestras, ya que las condiciones y las resistencias varían notablemente.
Por la esbeltez, durante su crecimiento es sometido a fuertes cargas de viento,
los tabiques de entrenudo producen rigidez y elasticidad, evitan su ruptura al
curvarse (característica apropiada para construcciones sismorresistentes). Su
crecimiento cónico constituye una desventaja, ya que se obtienen secciones de
diámetros variables, pero a través de un proceso de cultivo de invernadero es
posible obtener grosores de forma secuencial que logren facilitar la resolución de
uniones, la bambusa guadua es abundante en Latinoamérica, su rápido
crecimiento constituye una de sus principales ventajas. Es un material económico
muy resistente a los esfuerzos de compresión, tracción y flexión.
2.2.4 Características de los componentes del guadual Un guadual ideal es aquel que se regenera o multiplica bajo los criterios de la
sostenibilidad, máxima productividad y la rentabilidad equilibrada, debe contener
en su estructura horizontal como mínimo entre el 65 y 70% de guaduas maduras,
20-25 de guaduas viches, del 5 al 10% de renuevos y entre el 2 y el 5% de
guaduas secas.
• Renuevo: Se considera el primer individuo de la fase de desarrollo, caracterizado porque
independiente del sistema de multiplicación del cual provenga, (reproducción o
propagación) este siempre emerge con su diámetro definido, debido a que no
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31
posee células de cambium o procambium que diferencian sus tejidos hacia fuera,
haciéndolo engrosar; durante los primeros 30 días el crecimiento alcanza ratas de
4 a 6cm en 24 horas y el 60% de este, se realiza en horas nocturnas, condición
que obedece a la presencia de auxinas. Después de los 90 cm. de altura el
renuevo se estabiliza en un promedio de 9 a 11cm de crecimiento en 24 horas;
esta recubierto totalmente de hojas caulinares que varían según el sitio y las
condiciones climáticas donde se desarrolla el renuevo.
En términos generales en la fase de renuevo o rebrote, desde que emerge del
suelo hasta que llega a su máxima altura, tarda entre 150 y 190 días (6 meses),
variabilidad que depende de las condiciones de distribución de las lluvias y de la
temperatura; posteriormente el tallo detiene su crecimiento, comienza el
desprendimiento de las hojas caulinares y da paso a la formación de ramas
básales y apicales, por activación de las yemas nodales.
• Guadua Joven “ Viche”: Esta fase se inicia cuando las hojas caulinares de la parte apical del culmo
comienzan a desprenderse, una a una dándole paso a las ramas primarias, que a
su vez están cubiertas por hojas caulinares pequeñas, que en forma similar
comienzan a caer para dar salida a las ramas secundarias.
Caracterizada por tener entrenudos de coloración verde intenso y lustroso,
nudos con bandas nodales de color blanquecino, anchos de 2 a 3cm pubescencia
de color café claro visibles en la parte superior del nudo o banda nodal, donde se
encuentran además las yemas nodales sobresalientes que pueden o no activarse
y dar origen a ramas inferiores o superiores. Los entrenudos son limpios e
inicialmente blandos por carecer de lignificación completa, las paredes presentan
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32
grosor que varia de acuerdo a biotipo entre 1 y 2.5cm, en este estado la guadua
está cargada de humedad, siendo visible su conformación fibrosa.
En un guadual natural el individuo joven o viche tiene una transitoriedad de 6 a
24 meses y no ha logrado el grado de resistencia ideal para ser utilizado debido al
alto contenido de humedad. Su cubierta externa o cutícula no se ha lignificado
completamente; la parte inferior del tallo generalmente presenta coloración
amarillenta.
• Guadua Madura “Hecha”: Caracterizada por la desaparición en el tallo, del lustre del entrenudo,
coloración mas clara y se hace evidente la aparición de manchas de hongos color
gris-claro, de forma redondeada a oblonga, con diámetros de hasta 3 cm.; cuando
ha adquirido la configuración enunciada se puede decir que es apta para ser
aprovechada ya que el tallo esta en el optimo grado de resistencia y normalmente
tiene edad superior a los dos y medio años. Es la única fase apta para el
aprovechamiento de los tallos; comúnmente se les llama “Hecha o gecha”. Por la
evolución intrínseca del guadual, este tipo de tallo se encuentra en mayor
proporción en el interior y menor en su periferia.
• Guadua Sobremadura: Los hongos y líquenes comienzan a desaparecer del tallo, hasta cuando
empieza a observarse hongos en forma de plaquetas alargadas y de color rojizo.
En este momento se inicia la decoloración y el tallo se va tornando amarillento,
indicativo del inicio de la finalización del ciclo vegetativo.
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• Guadua Seca: Las guaduas adultas no aprovechadas están completamente degradadas,
debido a la pérdida de humedad y por consiguiente escasa o nula actividad
fisiológica, el tallo se torna amarillento, presenta manchas rojizas en toda su
longitud y disminuye hasta el 80% de la resistencia. En esta fase los tallos se
hacen propicios para ser refugio o lugar de animación de aves.
El follaje se torna amarillento y hay defoliación de las ramas, es la fase final de
los tallos y sus posibilidades de sostenibilidad o perpetuidad se acaban; termina el
ciclo de vida y es conveniente retirarlas del guadual; su único uso es como leña o
carbón.
2.2.5 Preservación e inmunización del bambú o guadua. La guadua al igual que la madera también contiene humedad, la cual es
indispensable extraer, para obtener su mayor resistencia y controlar hongos y
agentes que la puedan atacar. El material después del proceso de corte debe ser
sometido a un proceso de secado, en este proceso se contrae y obtiene su color
amarillo, al estar seca pierde toda la savia y no es tan propensa al ataque de
hongos. A continuación se explican los métodos mas comúnmente utilizados para
el secado del material:
• Secado al aire: Este método consiste en apilar la guadua en cantidad suficiente en el suelo, se
coloca de manera horizontal y aire libre (mejor cubierto), teniendo precaución que
no tenga contacto con el suelo, sobre alguna base que impida esto.
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• Secado en la mata: Después de cortada la guadua se deja con ramas y hojas recostada de forma
vertical, sobre otras guaduas del cultivo, debe estar aislado del suelo por medio de
piedras u otro elemento. En esta posición se deja por un periodo de 4 semanas,
después de lo cual se cortan sus ramas y hojas, y se deja secar dentro de un área
cubierta bien ventilada. Este método es hasta ahora el que ofrece los mejores
resultados, además los tallos no se manchan y conservan su color.
• Secado al calor: El secado al calor se realiza colocando las cañas de guadua de forma
horizontal sobre brasas de madera, a una distancia apropiada, evitando que pueda
ser quemada por las llamas y girándolas constantemente, este las brasas se
deben colocar en una pequeña excavación de unos 30cm o 40cm de profundidad.
Este proceso se debe hacer a campo abierto.
Posteriormente después del proceso de secado, la guadua debe someterse a
un tratamiento preservativo, con la finalidad de prevenir el ataque de insectos y
hongos, que son los principales agentes “enemigos”, este proceso debe ser lo
suficientemente eficiente para evitar problemas futuros en las construcciones. Su
composición no debe afectar sus propiedades físico-mecánicas, ni su color y
preferiblemente debe ser en estado líquido para que se pueda impregnar
interiormente donde es más vulnerable, proceso que debe realizarse estando la
guadua seca o curada.
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2.2.6 El bambú y los movimientos sísmicos La mayoría de países de tradición constructiva con bambú, están ubicados en
zonas geográficas donde ocurren con regularidad sismos de mediana y gran
intensidad. Es necesario por consiguiente diseñar las edificaciones considerando
esta solicitación y capacitarlas para responder adecuadamente.
Una de las razones por la cual el uso del bambú y la madera se hizo tan común
en algunos países latinoamericanos fue su eficaz comportamiento ante la acción
de los sismos. Algunos materiales y sistemas estructurales, o la combinación de
unos con otros, serán mejores para resistir los efectos de un movimiento sísmico,
y en este aspecto el bambú ofrece características excepcionales de buen
comportamiento, dados su peso reducido y flexibilidad.
Las fuerzas que se presentan en las estructuras debido a las aceleraciones del
sismo están directamente relacionadas con el peso de la edificación, por lo tanto,
a mayor peso, mayores fuerzas de inercia y viceversa.
La constitución anatómica tubular y fibrosa del bambú le permite absorber
energía de deformación que redunda en una mayor flexibilidad, retardando las
fallas o roturas y permitiendo un comportamiento más dúctil y aún cuando se
presenten movimientos sísmicos muy intensos las características de absorción y
disipación de energía le permiten mostrar ese comportamiento dúctil, absorbiendo
y amortiguando sin fallar, efectos mayores a los previstos. Esta propiedad es muy
ventajosa para asegurar el menor daño a los ocupantes de una edificación en
esas circunstancias.
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2.2.7 Bambú versus concreto, acero y madera Desde el punto de vista mecánico, frente a requerimientos energéticos
constructivos, de resistencia y rigidez por unidad de área, facilidad y seguridad de
uso, el bambú se puede comparar de manera favorable con materiales de uso
común como el concreto, el acero y la madera.
La gran versatilidad del bambú se debe en gran parte a su estructura
anatómica y morfológica. La sección circular ahuecada presenta algunas ventajas
estructurales en comparación con secciones macizas o rectangulares de otros
materiales. “El bambú requiere solo el 57% de su masa cuando es usado como
viga y solo un 40% cuando es usado como columna” (Janssen, 1988). Aunque la
composición química de la madera y del bambú no defiere demasiado, el bambú
es dos veces más rígido que la madera.
La razón de esto es aún desconocida y la hipótesis más creíble es la diferencia
entre el ángulo de disposición de la celulosa, las microfibrillas y la célula-eje,
siendo 20º para la madera y solo 10º para el bambú.
2.2.8 Bambú como refuerzo del concreto Una de las principales aplicaciones del bambú en combinación con otros
materiales de construcción la constituye su empleo como refuerzo del concreto.
Los primeros experimentos en este campo fueron realizados en 1914 por H. Chou
en el Massachussets Institute of Technology, (USA), y posteriormente aplicados
en China (1918), entre otros propósitos en la cimentación de puentes de
ferrocarril.
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37
Se han realizado investigaciones en países tales como China, India, Japón,
Filipinas, México, Guatemala, EE.UU. y Colombia y aún en países sin mucha
cultura del bambú como Alemania, Holanda, Italia y Egipto. Las investigaciones y
trabajos experimentales ponen de manifiesto que el refuerzo de bambú en el
concreto incrementa la carga límite de rotura del elemento de forma considerable,
en comparación con lo previsible a ese mismo elemento sin reforzar. No obstante,
existen varias limitaciones prácticas en el empleo del bambú como refuerzo del
concreto.
La más importante es la dificultad de adherencia producida por las variaciones
en los contenidos de humedad de cada material por tanto, gran parte de las
investigaciones han sido enfocadas en esa dirección. Los datos experimentales a
continuación se basan en el trabajo que durante el presente siglo han desarrollado
investigadores tales como H. Glenn (1950), e Hidalgo (2000).
Los elementos de concreto que trabajan a flexión, al estar armados con bambú
muestran resquebrajamientos que exceden considerablemente los previstos con
un elemento no reforzado de las mismas dimensiones. El refuerzo de bambú
aumenta la capacidad de carga en 4 ó 5 veces, con un porcentaje óptimo de
refuerzo del 3 al 4% de la sección transversal. Por encima de este valor óptimo de
refuerzo no hay aumento en la capacidad de carga. Al utilizar culmos enteros con
un diámetro hasta de 4.0 cm, se observa que con piezas integrantes de fijación
transversal no hay deslizamiento del bambú y la curva de flexión de carga
conserva su forma lineal hasta la rotura, también se reduce la flexión total.
El bambú partido desarrolla una mayor capacidad de carga que los culmos
enteros. La carga máxima que soporta un elemento de concreto reforzado con
bambú depende de la resistencia a la tracción del bambú, de la resistencia a la
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38
compresión del concreto y, lo más importante, de la cohesión entre el concreto y el
refuerzo longitudinal del bambú.
La resistencia límite a la rotura por tracción de algunas especies de bambú en
tensión directa, es aproximadamente la misma que la del acero suave en su límite
de fluencia. Por término medio oscila entre 1.400 y 2.800 kg/cm2. Fue este
elevado valor lo que atrajo la atención de los investigadores para la utilización del
bambú como refuerzo. Pero en la práctica no ha sido posible aprovechar toda la
resistencia del bambú cuando está dentro del concreto como refuerzo; la escasa
adherencia entre el bambú y el concreto, y el bajo módulo de elasticidad del
bambú son los dos factores principales que impiden en la actualidad un
aprovechamiento eficaz de la elevada resistencia a la tracción del bambú.
La capacidad de carga de las vigas reforzadas con bambú aumenta al
aumentar la resistencia del concreto de una sección dada. El promedio de la
resistencia a la rotura por compresión directa del bambú varía de 400 a 700
kg/cm2, con un valor del concreto 1:2:4= 158 kg/cm2.
Una desventaja importante del bambú como refuerzo es su elasticidad, y
además la tendencia, si está ya seco, a absorber una gran cantidad del agua
contenida en el concreto húmedo, lo que tiene como consecuencia la dilatación
inicial y la contracción posterior a medida que se seca el concreto. Este fenómeno
provoca la formación de grietas longitudinales en el concreto, reduciendo la
capacidad de carga de los elementos y la adherencia entre el concreto y el
refuerzo.
El resquebrajamiento es mayor cuando es elevado el porcentaje de refuerzo
del bambú. El bambú verde utilizado como refuerzo también se contrae al secarse
el concreto y la resistencia de adherencia es escasa.
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39
La mayoría de las soluciones estudiadas coinciden en que el bambú debe
recubrirse con una sustancia impermeabilizante. Glenn, (1944) recomienda
recubrir las tablillas de refuerzo con una capa delgada de emulsión asfáltica. Un
efecto contrario se puede producir si se aplica demasiada emulsión debido a que
el refuerzo queda lubricado y por lo tanto pierde totalmente la adherencia.
Se propone también el uso de medios culmos (corte longitudinal) como
refuerzo principal, secados previamente (20% humedad), e impregnados con un
adhesivo (resina poliestérica o epóxica) en los extremos y en una longitud de
25cm., la parte restante con aceite de linaza y trementina. Pama (1976)
recomienda tratamiento por inmersión del refuerzo en una solución al 2% de
cloruro de cinc, o recubrimiento con un adhesivo de neopreno sobre lo cual se
rocía la arena gruesa para lograr mayor adherencia. Fang et al (1976), propone un
tratamiento de azufre-arena como recubrimiento, consistente en perforar
parcialmente los tabiques de los nudos, y remover la capa externa brillante con un
chorro de arena a presión, después de lo cual se envuelve con alambre para
frenar el aumento de volumen y finalmente se sumerge en azufre derretido a 50ºC.
El principal problema de estos métodos de tratamiento es el sobrecosto. Se
prevé que los estudios con bambú como refuerzo del concreto sigan su curso y
poder encontrar nuevas vías de construcción.
2.2.9 Uniones estructurales del bambú
El cálculo de elementos con guadua, al igual que con madera puede llevar a
una situación muy peligrosa: que los elementos sean suficientemente fuertes para
el trabajo deseado, pero que las uniones sean débiles. Todo el que ha trabajado
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40
con guadua sabe que las uniones requieren de mucho cuidado y son el eslabón
más débil.
La madera cuenta con múltiples tecnologías para solucionar las uniones. Para
la guadua existen soluciones tradicionales, pero la dificultad se manifiesta cuando
se trata de hacer uniones que soporten esfuerzos a tracción. Las cerchas que se
han construido con guadua realmente no funcionan como tal, pues las uniones
trabajan pobremente a tracción, generalmente son unos pocos clavos. Uno de los
primeros en realizar un estudio académico de las cerchas de guadua fue el
ingeniero holandés Dr. Jules Janssen quien en 1974 probó en la Universidad
Tecnológica de Eindhoven (Países Bajos) más de 50 uniones diferentes con
bambú filipino, con base en las cuales construyó 5 cerchas de 8 metros de luz, a
las que sometió a esfuerzos.
Las cargas eran análogas a las de una cubierta en asbesto cemento o zinc.
Primero diseñó una cercha similar a la montante maestro, y luego con base en los
resultados planteó una similar a la Howe. Esta última resultó más resistente y
rígida. Estas cerchas se probaron acostadas en el piso del laboratorio. Los
diseños propuestos por Janssen son simples, y satisfacen las necesidades de una
comunidad que necesita una cubierta. Estas propuestas de cerchas son válidas, y
curiosamente no muy conocidas en nuestro medio.
• Unión con lámina de acero:
Utiliza un zuncho de acero, o abrazadera, que sirve como transición de
esfuerzos entre una sucesión de tornillos fijados a la pared de la guadua y un
elemento conector que permita la construcción de la unión. Se utilizan 12 tornillos
de 6.35mm (1/4”), 1x0.04m de lámina calibre 22 y un pasador de 1.58 cm. (5/8”).
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41
Esta unión cuando falla “ahorca” a la guadua y provoca que se raje. Luego de
que la lámina haya “ahorcado” la guadua, y que la cabeza de los tornillos se
entierre en la pared de la guadua, se produce la falla. Su resistencia última
promedio es de 9648 kgf. (96 kN). Su gran defecto radica en que sufre grandes
deformaciones antes de fallar.
• Unión con mortero y varilla:
La segunda propuesta utiliza mortero. Al transmitir las cargas del mortero a las
paredes de la guadua por medio de una serie de varillas lisas de 6.35mm (1/4”) de
diámetro. Su gran defecto radica en que el mortero falla rápidamente,
seguramente se puede mejorar esta unión mejorando la calidad del mortero. La
resistencia última promedio de esta unión es de 5970 kgf. (60 kN). Véase Fig. 2.2
Fig.2.2 Unión con mortero
Fuente: Moreno y otros (2006). Estudiando las propuestas y resultados existentes lo más eficiente nos parece
utilizar pasadores que transmitan la fuerza a un elemento de acero al interior de la
guadua. Concluimos que el uso de varios pasadores medianos transmitiendo la
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42
fuerza de la guadua a un elemento de acero que se conecta a una esfera nos
parece lo más adecuado para una unión resistente, liviana y apta para estructuras
espaciales. Sin embargo existen muchos tipos de uniones entre elementos de
bambú que hay que considerar, algunas de ellas se pueden apreciar en la figura
2.3.
Fig.2.3 Diferentes tipos de uniones entre elementos de bambú
Fuente: Moreno y otros (2006).
2.2.10 Importancia Ambiental La guadua es una planta que aporta múltiples beneficios para el medio
ambiente y el hombre, sus productos cuando son empleados como elementos
Unión con Cuerda Unión Cónica Unión con Boca de Pescado
Unión con Tornillos Unión con Platina Unión con Madera DERECHOS RESERVADOS
43
integrales de la construcción de viviendas funcionan como reguladores térmicos y
de acústica, además el rápido crecimiento de la Guadua permite según el “estudio
aportes de biomasa aérea” realizado en el centro nacional para el estudio del
Bambú-Guadua, producir y aportar al suelo entre 2 y 4 ton/ha/año de biomasa,
volumen que varia según el grado de intervención del guadual; esta biomasa
constituye entre el 10 y el 14% de la totalidad de material vegetal que se genera
en un guadual. La biomasa es importante, ya que contribuye a enriquecer y
mejorar la textura y estructura del suelo. El aporte anual de biomasa general de un
guadual en pleno desarrollo oscila entre 30 y 35 ton/ha/año.
Entre los aportes más valiosos de la especie se debe mencionar su
comportamiento como una bomba de almacenamiento de agua, cuyo
funcionamiento es el principio de “vasos comunicantes” donde en épocas
húmedas absorbe importantes volúmenes de agua que almacena tanto en su
sistema rizomático como en el tallo. Se ha determinado, según estudios realizados
en la hacienda Nápoles, municipio de Montenegro (sabogal 1983) y en el centro
nacional para el estudio del bambú-guadua (Giraldo, 1996) que una hectárea de
guadua puede almacenar 30.375 litros de agua, es decir, el agua para 150
personas por día (se asume un consumo promedio de 200 litros/día/persona). En
época de verano cuando se percibe la necesidad de agua en el suelo, la que se
encuentra almacenada en la planta es aportada de manera paulatina al suelo
(esponja que suelta líquido).
Los guaduales cumplen en sus zonas de crecimiento por el mundo, papel
relevante puesto que han propiciado la existencia y sostenibilidad de flora,
microflora, entomofauna, mamíferos, aves, reptiles y anfibios. Se resalta que en
estos nichos ecológicos o comunidades es la especie dominante y a ella se asocia
vegetación muy variada y numerosa que le permite conformar una estructura
vertical triestratofitica, característica de las sociedades vegetales altamente
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44
desarrolladas y evolucionadas que tolera una amplia interrelación entre los
diferentes componentes del sistema.
2.3 Definición de Términos Básicos. • Bambú: Planta tropical o subtropical, perteneciente a diversos géneros y
especies de la familia de las gramíneas, de tallos leñosos y huecos
(semejantes a las cañas), de aproximadamente 15 cm de diámetro y que
alcanzan hasta 30 m de altura, muy duros y resistentes; de sus nudos
superiores nacen ramitas muy cargadas de hojas grandes de color verde claro
y flores agrupadas en espigas. Se emplea en la fabricación de muebles,
utensilios de cocina, bastones y flautas, e incluso en la construcción de casas;
los brotes tiernos son comestibles.
• Biodegradable: Es el producto o sustancia que puede descomponerse en sus
elementos químicos que los conforman, debida a la acción de agentes
biológicos, como plantas, animales, microorganismos y hongos, bajo
condiciones ambientales naturales.
• Columna: Es el elemento estructural vertical empleado para sostener la carga
de la edificación. es un elemento sometido principalmente a compresión, pero
pueden diseñarse también para soportar flexión (flexo compresión).
• Compresión: Este esfuerzo se produce cuando una fuerza tiende a comprimir
o aplastar un miembro. Este esfuerzo se presenta en las columnas de
edificaciones, así como en algunas barras que conforman distintos tipos de
armaduras.
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• Corte: Se produce un esfuerzo cortante cuando dos fuerzas iguales, paralelas
y de sentido contrario tienden a hacer resbalar, una sobre otra, las superficies
contiguas del miembro. Este esfuerzo que es muy común se presenta en la
mayoría de los elementos estructurales, y por ejemplo en vigas cabe señalar
que existen 2 tipos de esfuerzo cortante, el vertical y el horizontal; y por lo
general las fallas por cortante en vigas de madera se deben al esfuerzo
cortante horizontal, y no al vertical.
• Culmo: se refiere a un falso tallo de cualquier tipo de planta.
• Déficit: es la falta o escasez de algo que se juzga necesario.
• Ductilidad: es la propiedad que tiene un material de soportar grandes
deformaciones sin fallar bajo altos esfuerzos de tensión.
• Ecología: se encarga de estudiar la relación entre los seres vivos y su
ambiente, entendido como la suma de los factores abióticos (como el clima y la
geología) y los factores bióticos (organismos que comparten el hábitat). La
ecología analiza también la distribución y la abundancia de los seres vivos como resultado de la mencionada relación
• Esfuerzo: Es una fuerza con base en la unidad medida de área.
• Flexión: tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en
una dirección perpendicular a su eje longitudinal. Este tipo de esfuerzo por lo
común se genera por la aplicación de momentos llamados momentos
flexionantes (sobre todo en vigas), produciendo esfuerzos flexionantes (tanto
de compresión como de tracción).
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46
• Fundación: Es aquella parte de la estructura que tiene como función transmitir
en forma adecuada las cargas de la estructura al suelo y brindar a la misma un
sistema de apoyo estable
• Gramíneas: Planta monocotiledónea, de tallas cilíndricos, huecos, con nudos
llenos, hojas alternas y largas, con flores en espiga y granos secos.
• Guadua Angustifolia: es una especie botánica de la subfamilia de las
gramíneas Bambusoideae, que tienen su habitad en la selva tropical húmeda a
orillas de los ríos. Propia de las selvas sudestes venezolanas, y se extiende
por Guyana, Brasil, Colombia, Perú, así como en algunos países de America
Central y Asia.
• Ignición: ocurre cuando el calor que emite una reacción llega a ser suficiente
como para sostener la reacción química.
• Luz o claro: distancia libre entre dos apoyos.
• Pandeo: es un fenómeno de inestabilidad elástica que puede darse en
elementos comprimidos esbeltos y que se manifiesta por la aparición de
desplazamientos importantes transversales a la dirección principal de
compresión
• Pudrición: Degradación, descomposición y destrucción de madera por
presencia de hongos xilófagos y ambiente húmedo. La presencia parcial de
putrefacción implica una creciente reducción de la resistencia. Debe evitarse a
toda costa.
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• Resistencia: se refiere a la capacidad de los sólidos deformables para
soportar tensiones sin alterar su estructura interna o romperse.
• Tracción: Es un esfuerzo que se produce cuando una fuerza tiende a estirar o
alargar un miembro. La cuerda inferior y ciertas almas de miembros de
armaduras y cabios atirantados trabajan a tracción. Si se conoce la fuerza total
de tracción axial (denotado por P) en de tracción se encuentra a partir de la
fórmula básica del esfuerzo directo.
• Vida útil: duración económica probable de una edificación.
• Viga: Es un elemento constructivo lineal que trabaja principalmente a flexión, la
longitud predomina sobre las otras dos dimensiones y suele ser horizontal
• Vivienda: lugar cerrado y cubierto que se construye para que sea habitado por
personas. Estas edificaciones ofrecen refugio a los seres humanos y les
protegen de las condiciones climáticas adversas, además de proporcionarles
intimidad y espacio para guardar sus pertenencias y desarrollar sus actividades
cotidianas.
• Vivienda de Interés Social: son aquellas que se desarrollan para garantizar el
derecho a la vivienda de los hogares de menores ingresos.
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2.4. Sistema de Variables 2.4.1 Variable Bambú como alternativa ecológica y elemento estructural para viviendas de
interés social.
2.4.2 Definición Conceptual Evaluación de las propiedades ecológicas y estructurales del bambú para llevar
a cabo la elaboración de viviendas de interés social.
2.4.3 Definición Operacional Es necesario realizar el estudio de las propiedades tanto ecológicas como
estructurales del bambú, con la finalidad de conocer su comportamiento para su
inclusión como nuevo material en la construcción de viviendas de interés social
sencillas, económicas y amigables con el ambiente.
DERECHOS RESERVADOS
49
2.4.4 Cuadro de Variables
Objetivo General: Caracterizar el bambú como alternativa ecológica para la construcción de viviendas de interés social.
Objetivo Variable Sub-Variables o dimensiones Indicadores
Identificar las
propiedades
ecológicas del bambú
como material de
construcción
Bambú como
material de
construcción para
viviendas de interés
social
Propiedades
ecológicas del
bambú
- Aislamiento acústico y
térmico
- Capacidad
reproductiva y de
crecimiento
- Biodegradabilidad
Analizar el
comportamiento del
bambú como
elemento estructural
para la construcción
de viviendas de
interés social
Bambú como
elemento estructural
principal
- Bambú como viga
- Bambú como columna
- Resistencia a
Compresión
- Resistencia a
Tracción
- Resistencia a Flexión
- Resistencia al Corte
- Resistencia al Fuego
Proponer un diseño
de vivienda de interés
social aplicando el
bambú como material
principal de
construcción
Diseño de vivienda
con bambú
- Vivienda Unifamiliar
- Área de Construcción
- Dimensionamiento de
Vigas
- Dimensionamiento de
Columnas
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CAPÍTULO III
MARCO METODOLÓGICO
Este capítulo corresponde al tercer paso del trabajo de grado, el cual es la guía
para obtener los datos necesarios y abarca los siguientes aspectos: el tipo de
investigación y estudio, así como los instrumentos de recolección de datos.
3.1 Tipo de investigación El presente estudio es de tipo descriptivo. Las investigaciones descriptivas
miden o evalúan diversos aspectos o componentes del fenómeno a investigar.
Para Dankhe citado en Hernández y otros (2003), los estudios descriptivos buscan
especificar las propiedades, características y los perfiles importantes de personas,
grupos, comunidades, procesos, objetos o cualquier otro fenómeno que sea
sometido a análisis. Es decir, miden, evalúan o recolectan de manera más bien
independiente, los datos sobre diversos conceptos o variables, aspectos,
dimensiones o componentes a los que se refieren. En un estudio descriptivo se
selecciona una serie de cuestiones y se mide o recolecta información sobre cada
una de ellas, para así, valga la redundancia, describir lo que se investiga.
Las investigaciones descriptivas se centran en medir con la mayor precisión
posible, requieren considerable conocimiento del área que se investiga para
formular las preguntas específicas que se busca responder y pueden ofrecer
también la posibilidad de hacer predicciones incipientes, aunque sean
rudimentarias (Hernández y otros, 2003).
DERECHOS RESERVADOS
51
Se considera descriptiva a esta investigación, ya que se enuncian e identifican
las propiedades ecológicas del bambú cuando se utiliza como material de
construcción, así como también se analiza el comportamiento y las características
del mismo cuando se usa como elemento estructural. Del mismo modo, se indican
los tratamientos necesarios que se le hacen al bambú para su óptimo rendimiento,
vida útil, seguridad y protección. Además, se enuncia y define la clasificación de
los elementos que forman parte de la planta o guadual, así como los tipos de
conexiones o uniones existentes. Finalmente se propone un diseño de vivienda
tomando en cuenta todas las propiedades y características tanto ecológicas como
estructurales, de la misma manera que se consideran las ventajas y desventajas
que implica el bambú como material de construcción.
3.2 Diseño de la Investigación El término diseño se refiere al plan o estrategia concebida para obtener la
información que se desea (Hernández y otros, 2003).
El diseño es el planteamiento de una serie de actividades sucesivas y
organizadas, que deben adaptarse a las particularidades de cada investigación y
que indican los pasos y pruebas a efectuar y las técnicas a utilizar para recolectar
y analizar los datos.
Este trabajo se ajusta dentro de lo que se conoce como investigación
documental ya que se utilizan técnicas muy precisas, de la documentación
existente, que directa o indirectamente, aportan la información que permite
redescubrir hechos, sugerir problemas, elaborar hipótesis, entre otros, con la
finalidad de ser base a la construcción de conocimientos. Este tipo de
investigación depende fundamentalmente de la información que se recoge o
DERECHOS RESERVADOS
52
consulta en documentos, entendiéndose este término, en sentido amplio, como
todo material de índole permanente, es decir, al que se puede acudir como fuente
o referencia en cualquier momento o lugar, sin que se altere su naturaleza o
sentido, para que aporte información o rinda cuentas de una realidad o
acontecimiento.
Por otra parte, según Hernández y otros (2003), se trata de un diseño no
experimental, ya que se realiza sin manipular deliberadamente las variables; y lo
que se hace en ésta es observar fenómenos tal y como se dan en su contexto
natural, para después analizarlos. En este tipo de estudio no se construye ninguna
situación sino que se observan situaciones ya existentes, no provocadas
intencionalmente.
Dentro de su carácter de diseño no experimental, a su vez se trata de un
estudio transversal dado que se recolectan datos en un solo momento, en un
tiempo único. Su propósito es describir variables y analizar su incidencia e
interrelación en un momento dado (Hernández y otros, 2003).
Se puede decir que esta investigación es transversal descriptiva, ya que se
estudia y analiza al bambú como alternativa ecológica en la construcción de
viviendas de interés social, utilizando fuentes de información documentales sin
realizar experimentos o ensayos de campo y se recolectan los datos en un
momento único.
3.3 Unidad de Análisis Para Hernández y otros (2002), la unidad de análisis corresponde a la entidad
mayor o representativa de lo que va a ser objeto específico de estudio en una
DERECHOS RESERVADOS
53
medición y se refiere al qué o quién es objeto de interés en una investigación, en
pocas palabras son los elementos sobre los que se focaliza el estudio.
Es en estos elementos en los que recae la obtención de información y deben
ser definidos con propiedad, es decir precisar, a quien o a quienes se va a aplicar
la muestra para efectos de obtener la información.
Según Hernández y otros (2003), debe existir una coherencia entre los
objetivos de la investigación y la unidad de análisis de la misma, es por ello que
para la presente investigación se determinó como unidad de análisis al bambú
como material ecológico de construcción, con el fin de presentarlo como una
nueva alternativa en una sociedad preocupada por el ambiente y a su vez mostrar
las ventajas que ofrece al momento de implementarse en la construcción de
viviendas de interés social.
3.4 Técnicas de Recolección de Datos
Según Tamayo y Tamayo (2001), las técnicas de recolección de datos son las
distintas formas o maneras de obtener la información deseada para la elaboración
de una investigación. Éstas dependen en gran parte del tipo de investigación y del
problema planteado por la misma y puede efectuarse desde la simple ficha
bibliográfica, observación, entrevista, cuestionario o encuesta.
Una de las herramientas empleadas para el desarrollo del presente estudio fue
la observación, que no es más que el uso sistemático de los sentidos en la
búsqueda de los datos que se necesitan para resolver un problema de
investigación. Según Hernández y otros (2003), la observación consiste en el
registro sistemático y confiable de comportamientos o conductas manifiestas. Es
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54
un elemento fundamental de todo proceso investigativo; en ella se apoya el
investigador para obtener el mayor número de datos y es un procedimiento
empírico por excelencia, el más primitivo y a la vez el más usado.
Dentro del tipo de observación, la presente investigación se caracteriza por ser
documental. Ésta es la que se realiza, como su nombre lo indica, apoyándose en
fuentes de carácter documental, esto es, en documentos de cualquier especie
tales como, los obtenidos a través de fuentes bibliográficas, hemerográficas o
archivísticas. Según Balestrini (2006), ésta se define como una lectura general de
los textos, que se inicia con las búsqueda y observación de los hechos presentes
en los materiales escritos consultados que son de interés para la investigación a
propósito de extraer los datos bibliográficos útiles para el estudio que se está
realizando.
Como técnica de observación documental se utilizó la consulta de libros
especializados de los cuales se obtuvieron los datos necesarios para analizar el
comportamiento estructural del bambú, su resistencia a las distintas solicitaciones
y demás características que lo hacen apto para la construcción. La búsqueda en la
red también resultó de gran importancia puesto que es un medio actualizado que
muestra las novedades, las más recientes investigaciones, artículos y estudios
especiales que permitieron identificar las propiedades ecológicas del bambú
cuando se usa como material de construcción. Todo esto para posteriormente
proponer el diseño de una vivienda de interés social en la cual se utilice al bambú
para confeccionar sus elementos principales, garantizando buenas condiciones de
seguridad y confort.
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55
3.5 Fases de la Investigación 3.5.1 Identificación de las propiedades ecológicas del bambú
• Revisión documental.
• Identificación de las ventajas ecológicas del bambú como planta y
recurso explotable para la industria de la construcción.
• Identificación de los beneficios ecológicos que ofrece el bambú
cuando es aplicado en una vivienda.
3.5.2 Análisis del comportamiento del bambú como elemento estructural
• Revisión documental.
• Análisis de la resistencia del bambú a los distintos esfuerzos
(tracción, flexión, compresión y corte).
• Análisis del comportamiento de los elementos de bambú cuando se
usan como viga o columna.
• Estudio del tipo de fundaciones a utilizar cuando se trabaja con
bambú.
• Análisis de la resistencia al fuego que opone el bambú en su estado
natural y el bambú preparado para la construcción.
3.5.3 Propuesta de un diseño de vivienda de interés social aplicando el bambú
• Selección del modelo arquitectónico de la vivienda.
• Determinación de las consideraciones generales de diseño.
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56
• Determinación de las solicitaciones a las cuales están sometidas las
estructuras.
• Dimensionamiento de los elementos estructurales de la vivienda
basado en la información documental previamente revisada.
• Diseño y acabado de los cerramientos de la vivienda (paredes)
basado en la información documental previamente revisada.
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CAPÍTULO IV
ANÁLISIS Y PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS
Según Risquez y otros (1999), este capítulo lo constituye el análisis y
presentación de los resultados obtenidos en la investigación.
4.1 Resultados El Bambú es un “pasto gigante”, sus muchas especies se encuentran en clima
trópico y templado en Asia, América y África (Véase Fig. 4.1). Algunas especies
son tan pequeñas que se las puede comer y otras son muy grandes y resistentes.
Fig. 4.1 Distribución del bambú en el mundo
Fuente: Obermann y Laude (2004).
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58
En general, el bambú crece muy rápidamente y puede llegar a una altura de 10
a 20 metros en menos que un año. Tiene la forma de un tubo ligeramente cónico y
el diámetro exterior puede variar de 3 a 25 centímetros según la especie.
La “Guadua Angustifolia” es una de las muchas especies del bambú. Su
diámetro exterior tiene un promedio entre 12 y 18 centímetros y un espesor entre 2
y 4 centímetros. La guadua llega en sólo 6 meses a una altura hasta 12 metros y
obtiene su madurez después de 3 años. Gracias a su alta resistencia, la guadua
es la especie mas utilizada de bambú en America Latina, y es por eso que esta
investigación se refiere específicamente a ella.
4.1.1 Propiedades Ecológicas del Bambú 4.1.1.1 Propiedades ecológicas del bambú como planta y recurso explotable
• Bambú como generador de biomasa La guadua es una planta que aporta múltiples beneficios para el medio
ambiente y el hombre, su rápido crecimiento permite producir y aportar al suelo
entre 2 y 4 toneladas por hectárea al año de biomasa, volumen que varia según el
grado de intervención del guadual; esta biomasa constituye entre el 10 y el 14%
de la totalidad de material vegetal que se genera en un guadual. La biomasa es
importante, ya que contribuye a enriquecer y mejorar la textura y estructura del
suelo.
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59
• Bambú como protector del suelo
Los rizomas y hojas en descomposición conforman en los suelos símiles de
esponjas, evitando que el agua fluya de manera rápida continua, con lo cual se
propicia la regulación de los caudales y la protección del suelo a la erosión. El
sistema entretejido de rizomas y raicillas origina una malla, que les permite
comportarse como eficientes muros biológicos de contención que controlan la
socavación lateral y amarran fuertemente el suelo, previniendo la erosión y
haciendo de la guadua una especie con función protectora, especial para ser
usada en suelos de ladera de cuencas hidrográficas.
• Bambú y agua
El agua proveniente de la lluvia que cae sobre el guadual, permanece mucho
tiempo en él, toma diversos caminos y tarda mas tiempo en caer al suelo, dando
como resultado la “regulación de caudales,” ya que si la misma cantidad de agua
se precipitara sin obstáculos ocasionaría crecidas súbitas y no se formarían
reservas que son empeladas dentro del sistema cuando se requiere,
especialmente en épocas de verano.
Entre los aportes más valiosos de la especie se debe mencionar su
comportamiento como una bomba de almacenamiento de agua, cuyo
funcionamiento es el principio de “vasos comunicantes” donde en épocas
húmedas absorbe importantes volúmenes de agua que almacena tanto en su
sistema rizomático como en el tallo, se ha determinado, que una hectárea de
guadua puede almacenar 30.375 litros de agua, es decir, el agua para 150
personas por día (se asume un consumo promedio de 200 litros/día/persona).
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60
• Ventajas de un rápido y espontáneo crecimiento Una de las ventajas principales del bambú es su rápido y espontáneo
crecimiento, que para algunas especies dependiendo de la región, en los periodos
más lluviosos del año, es superior a un metro de altura por día. Esta característica
lo hace muy apto para la reforestación al mismo tiempo que ayuda a purificar el
aire produciendo oxigeno y absorbiendo una gran cantidad de dióxido de carbono,
hecho que contribuye a disminuir el efecto invernadero a nivel mundial.
Para cultivar el bambú no son necesarios pesticidas ni herbicidas. También son
poco necesarios los fertilizantes, porqué muy frecuentemente el crecimiento
espontáneo de la planta se realiza cerca de pantanos, ríos y riachuelos, donde
reciben naturalmente una buena cantidad de abono natural.
• Recurso renovable, sostenible y biodegradable Al tratarse de una planta con tantas propiedades ecológicas que crece tan
fácilmente y sin necesidad de volver a sembrarla, el bambú es un recurso
totalmente renovable cuya explotación controlada y bien planeada no representa
ningún peligro para el ecosistema y el ambiente, lejos de ello si se empieza a
utilizar en el sector de la construcción se disminuiría en gran medida el consumo
de otros recursos mas comúnmente usados que no son renovables,
representando un gran daño para el ambiente y siendo grandes fuentes de
contaminación. Por estas razones el bambú representa una opción hacia el
desarrollo sostenible de la construcción y de una sociedad preocupada por el
ambiente y el planeta.
Todos los desechos que se produzcan a partir del bambú son totalmente
biodegradables, ya que al tratarse de una planta su descomposición se produce
DERECHOS RESERVADOS
61
de manera natural y no causa ningún daño ambiental. Los fragmentos y otros
desperdicios pueden ser usados como combustible, para la calefacción, la cocina,
y para realizar otros productos que necesitan del calor de un horno, además se
pueden usar como pulpa para fabricar papel y tejidos.
• Explotación del Bambú Respecto a la explotación del bambú como material para la construcción, se
puede decir que es bastante rentable, ya que por su rápido crecimiento puede ser
muy competitivo, además supone grandes ventajas energéticas y económicas por
el bajo consumo de energía necesario para transformar el material de bambú, que
no necesita ser cortado (si no a sus extremidades), no debe ser pintado (a veces
ni siquiera tiene que ser cubierto por una capa de laca), la mano de obra no
necesita alto grado de conocimiento y experiencia, solo requiere herramientas
sencillas y rudimentarias y los procesos de curado y preparación son sumamente
sencillos sin la necesidad de un alto consumo energético ni procesos industriales.
La manipulación del bambú desde el lugar donde crece (guadual) hasta la obra
necesita muy poca energía, la diferencia de la cantidad de energía y gastos que se
necesita en su proceso es muy grande con respecto al acero, concreto, madera u
otros materiales en obras parecidas.
Si el bambú lograra reemplazar la madera o el acero en algunas
construcciones, la tala de la selva tropical y las explotaciones que ponen en riesgo
al ambiente se disminuirían por una demanda que cambiaría. Incluso, se han
hecho estudios que demuestran que si se incrementase la producción de bambú
se podría sacar de la pobreza a 750.000 personas para el año 2020, reduciendo
también en gran parte la fabricación de productos más contaminantes.
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62
4.1.1.2 Beneficios ecológicos del bambú cuando es aplicado a una vivienda La guadua es una planta que aporta múltiples beneficios para el medio
ambiente y el hombre, sus productos cuando son empleados como elementos
integrales de la construcción de viviendas funcionan como reguladores térmicos y
de acústica, su gran durabilidad, su sismo resistencia, su poco peso, su fácil
manejo y colocación lo hacen apto para la este tipo de construcciones. Además si
por alguna razón la estructura llegase a colapsar no causaría muchos daños dado
su poco peso y su reconstrucción seria fácil y rápida.
Además de todos los beneficios ecológicos que de por si supondría el uso
masivo del bambú para la construcción de viviendas y edificaciones, implicando
reforestaciones para explotaciones controladas y en mayor medida la disminución
de la fabricación y consumo de recursos no renovables comúnmente utilizados, el
bambú cuando se utiliza en una vivienda también trae consigo beneficios
ecológicos específicos de gran importancia que se pueden evidenciar en la
edificación misma.
• Pocos desperdicios, ahorro de energía y mano de obra La confección de estructuras y edificaciones con bambú es bastante sencilla,
no requiere de mano de obra especializada, ni de productos industriales y
químicos para su corte, curado y preparación. En si el bambú es cortado de los
guaduales con herramientas como machetes y trasladados fácilmente a la obra.
Ya en el sitio el proceso constructivo no tiene mucha complejidad y no genera casi
desperdicios como lo haría el acero, el concreto y la madera que son los
materiales mas usados en el país, y en todo caso si así fuera estos desechos
además de ser biodegradables y no contaminar pueden utilizarse como
combustible o reciclarse para producir otros productos.
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63
• Aislamiento térmico Se sabe que el aislamiento térmico está dado por la resistencia que opone la
“envoltura” de la edificación al paso del calor. El bambú, por su anatomía de
tabiques o entrenudos con aire en su interior, y en general por su naturaleza
porosa, se constituye en un excelente material aislante térmico. En consecuencia,
el coeficiente de transmisión de calor requerido en una edificación de acuerdo con
las condiciones ambientales locales, puede ser obtenido mediante un buen
empleo del material, con la definición de sistemas constructivos adecuados e
incrementado con materiales aislantes.
Los espacios de aire encerrados entre los revestimientos interior y exterior de
un muro (cámara) poseen una apreciable resistencia a la transmisión del calor.
Esto hace una gran diferencia y marca una importante ventaja del bambú sobre
otros sistemas constructivos, y es que no solo garantiza temperaturas mas
agradables dentro de la edificación brindando comodidad y confort a sus
habitantes sino que a su vez reduce el consumo de energía eléctrica excesivo
producido por los aires acondicionados en las zonas de altas temperaturas
exteriores, siendo mucho mas eficiente y representando indirectamente otra gran
propiedad ecológica para cuidar el ambiente e inclinándose siempre hacia el
desarrollo sostenible.
• Aislamiento acústico Aislar supone impedir que un sonido penetre en un medio o que salga de él.
Por ello, para aislar, se usan tanto materiales absorbentes, como materiales
aislantes. Al incidir la onda acústica sobre un elemento constructivo, una parte de
la energía se refleja, otra se absorbe y otra se transmite al otro lado. El bambú
DERECHOS RESERVADOS
64
cumple muy bien esta labor, ya que se trata de un aislante acústico natural, y es
que la celulosa que contienen sus fibras lo hacen bastante eficiente.
En una vivienda, este es un factor muy importantes para garantizar comodidad
y tranquilidad a los ocupantes, y cuando los cerramientos (paredes y muros) se
construyen con bambú se logra un buen resultado, que puede mejorarse aun mas
si se colocan mallas metálicas, laminas de madera o esterillas de bambú para
luego sellarlas con una capa de barro o frisar con mortero, dando un buen
acabado a la superficie y aumentando la eficiencia de los materiales.
4.1.1.3 Desventajas del bambú Así como existen propiedades que hacen que el bambú tenga grandes ventajas
cuando se utiliza en la construcción, por ser un recurso natural y una planta
también posee algunas desventajas que vale la pena mencionar, aquí se nombran
algunas de ellas:
- El comportamiento del bambú puede variar un poco con respecto a la
especie, sitio donde crece, edad y contenido de humedad.
- El bambú es un recurso natural que no se puede estandarizar.
- En Venezuela aún no existe ningún código oficial que ofrezca una norma de
clasificación para el uso estructural del bambú.
- Necesita un buen proceso de curado para protegerlo de hongos e insectos.
DERECHOS RESERVADOS
65
4.1.2 Comportamiento del Bambú como Elemento Estructural 4.1.2.1 Resistencia del bambú a los distintos esfuerzos • Resistencia a la Tracción La prueba de tracción es uno de los ensayos de materiales más comunes
para determinar propiedades mecánicas; sin embargo, para la guadua no ha
resultado tan común, pues quienes se habían interesado por estudiarla
siempre indagaron acerca del comportamiento del tallo completo, y se
encontraban con cierta dificultad al tratar de sujetarlo para halar de él sin que
los efectos locales del mecanismo de sujeción lo dañaran. Quizá sea esa la
razón por la que casi no se cuenta con registros de datos de ensayos a
tracción; en consecuencia se optó por hacer el ensayo con latas de guadua, y
mas recientemente con latas de guadua ahusadas (Véase Fig. 4.2) para
facilitar el agarre de las probetas según la recomendación del
INTERNATIONAL NETWORK FOR BAMBOO AND RATTAN (IMBAR)
STANDARD FOR DETERMINATION OF PHYSICAL AND MECHANICAL
PROPERTIES OF BAMBOO, que trata de homologar los ensayos de bambú a
partir de 1999.
Fig. 4.2 Latas de guadua, entera y ahusada
Fuente: INBAR (1999)
DERECHOS RESERVADOS
66
Con el uso de estas últimas probetas, se proporciona una buena zona de
agarre y además se induce a que la falla ocurra hacia el centro de la probeta,
donde las tensiones son más uniformes y fáciles de calcular. Los resultados de los
ensayos de tracción se muestran en la distribución de la gráfica 4.1, donde se
observa que la tendencia es normal, los datos se agrupan alrededor de la media,
53.51 Mega Pascales (MPa), con una desviación estándar de 11.6 MPa. Con base
en este gráfico se determinará un valor de diseño para tracción.
Grafica 4.1 Histograma de resistencias máximas a la tracción
Fuente: López y Trujillo (2001) El valor de diseño por esfuerzos admisibles a tracción se obtiene utilizando un
criterio según el cual, el esfuerzo resistente en condiciones últimas es el que
corresponde al limite de exclusión del 5% (es decir, se espera que de toda la
DERECHOS RESERVADOS
67
población de dicha especie, solo el 5% tenga una resistencia menor), ordenando
los resultados de los ensayos en forma creciente, el valor que define el limite de
exclusión del 5% es el ensayo número 0.05*n , siendo n por lo general un número
pequeño de muestras, en este caso 30.
Limite de exclusión = 0.05*30 = 1.5 ≈ 1 El esfuerzo último corresponde al valor más bajo registrado en los ensayos. ų = 35.25 MPa Para determinar el esfuerzo admisible se debe reducir el esfuerzo último con
varios factores de seguridad; en el caso de la tracción se utilizan dos:
- FS = 1.2 (Factor de servicio y seguridad, mediante el cual se busca exigir el
material por debajo del limite de proporcionalidad).
- FDC = 1.11 (Factor de duración de carga).
Este valor de esfuerzo admisible a tracción paralela, es aplicable solo a latas
de guadua, para el caso en el que se tengan elementos de guadua rolliza
sometidos a tracción el análisis se debe concentrar en la unión.
FDCFS *1
=Φ
µσσ *Φ=adm
MPaadm 4.2625.35*75,0 ==σ
DERECHOS RESERVADOS
68
• Resistencia a la compresión Para el ensayo de compresión la altura de la probeta debe ser entre 1 y 2
veces el diámetro, para que el ensayo resulte evaluando las propiedades del
material, sin que sea afectado por efectos secundarios como el pandeo. La gráfica
4.2, muestra la distribución de las resistencias máximas a compresión. El
comportamiento de las columnas esta condicionado por la longitud de las mismas,
por lo que, para hacer esta distribución se trató de dejar a un lado el problema del
pandeo, las columnas largas e intermedias fueron convertidas en cortas y sus
resistencias máximas a compresión convertidas en resistencias máximas para
columnas equivalentes de longitud 0.12 m, mediante un procedimiento
aproximado.
Grafica 4.2 Histograma de resistencias máximas a la compresión
Fuente: López y Trujillo (2001)
Observacion
DERECHOS RESERVADOS
69
Dentro del intervalo central, se localiza el 31% del total de la población y entre
los dos más importantes suman el 56% de los ensayos, apenas un 29% está por
debajo del intervalo más importante, mientras que por encima está el 40%.
A continuación en el cuadro 4.1 se puede observar el resumen de los
resultados obtenidos a compresión.
Cuadro 4.1 Resumen de resultados a compresión
Longitud (m) Probeta Promedio
(Mpa) Desviación
estándar (Mpa) C.V
0,12 30 47,7 10,23 0,21
0,5 61 42,46 11,66 0,27
1,0 42 36,28 6,36 0,18
2,0 44 26,36 4,82 0,18
3,0 41 16,77 4,91 0,29
Fuente: López y Trujillo (2001)
Para conseguir el valor de diseño por esfuerzos admisibles a compresión, se
uso la gráfica 4.3, de la cual se obtiene el valor del esfuerzo último para 5%,
percentil correspondiente a una resistencia de 28 MPa. Se optó por utilizar este
criterio por tratarse de una población considerable.
DERECHOS RESERVADOS
70
Grafica 4.3 Frecuencias acumuladas de esfuerzos últimos a compresión
Fuente: López y Trujillo (2001)
Para determinar el esfuerzo admisible se debe reducir el esfuerzo último con
varios factores de seguridad; en el caso de la compresión se utilizan dos:
- FS = 1.6 (Factor de servicio y seguridad, mediante el cual se busca exigir el
material por debajo del límite de proporcionalidad).
- FDC = 1.25 (Factor de duración de carga).
FDCFS *1
=Φ
µσσ *Φ=adm
MPaadm 1428*5,0 ==σ
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71
• Resistencia a Flexión Una viga constituye un miembro estructural que se somete a cargas que actúan
transversalmente al eje longitudinal. Las cargas originan acciones internas, o
resultantes de esfuerzo en forma de fuerzas cortantes y momentos flexionantes,
éstos son función de la distancia x medida sobre el eje longitudinal.
Al realizar el análisis de una viga se debe tener en cuenta que los mayores
esfuerzos son los normales (perpendiculares a la sección). Cada fibra de la viga
esta sometida a tracción o compresión (esto es, las fibras están en un estado de
esfuerzo uniaxial).
Así, los esfuerzos normales que actúan sobre la sección transversal varían
linealmente con la distancia "y" medida a partir de la superficie neutra. Se debe
tener en cuenta que los esfuerzos máximos se presentan en los puntos más
alejados del eje neutro. En el caso de la guadua esto sería igual a un radio
exterior. Para calcular los esfuerzos máximos de flexión en una viga de guadua se
utiliza la siguiente ecuación:
Donde: σx = Esfuerzo normal máximo.
M = Momento máximo (PL/6).
y = Radio exterior.
I = Momento de inercia.
IMy
x =σ
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72
Los ensayos realizados en la Universidad Nacional sede Medellín (Colombia)
se hicieron teniendo en cuenta la norma del INBAR para ensayos de flexión
“INBAR STANDARD FOR DETERMINATION OF PHYSICAL AND MECHANICAL
PROPERTIES OF BAMBOO”.
Los parámetros de diseño para las probetas fueron el no utilizar aquellas de
menos de 0.7 m, para prevenir el aplastamiento (debido a que en probetas cortas,
no se alcanza la flexión pura), ni mayores a 1.4 m y además debían tener 4 nudos
(los dos de los extremos para los apoyos y dos centrales para la aplicación de las
cargas). Los resultados de los ensayos se pueden ver en la gráfica 4.4.
En la gráfica 4.4, se muestra la distribución de las resistencias de todos los
ensayos disponibles de flexión, se observa que los datos tienen una marcada
tendencia hacia las resistencias más bajas, nuevamente se pone de manifiesto la
gran dificultad que involucran los ensayos de flexión, que en la mayoría de los
casos son dominados por fallas debidas a efectos locales como el aplastamiento.
De todas formas la resistencia media es 37.5 MPa, con una desviación estándar
de 19.4 MPa y un coeficiente de variación de 0.52.
Puesto que los dos intervalos iniciales representan el 45% del total de la
muestra, que la dispersión de la misma es excesivamente alta y que no presenta
una distribución normal, no es aplicable el criterio utilizado anteriormente para
obtener valores de diseño a flexión, pues como ha quedado demostrado, en estos
ensayos no se pudo eliminar la influencia del aplastamiento y en contados casos
se alcanzó la falla por flexión pura.
DERECHOS RESERVADOS
73
Grafica 4.4 Histograma general de resistencias a la flexión
Fuente: López y Trujillo (2001)
A raíz de lo anterior, ingenieros de la Universidad Nacional sede Bogotá
(Colombia) realizaron el trabajo de investigación “Comportamiento de la Guadua
Angustifolia sometida a Flexión” (2001), y desarrollaron una metodología mas
completa en la determinación de los esfuerzos a flexión, en sus ensayos se
utilizaron probetas cortas de 0.5m y 1 m, además de elementos largos de 1.5m,
2m, 2.5m y 3m.
Para prevenir el efecto del aplastamiento de las probetas se rellenaron los
cañutos con mortero de cemento en los apoyos y en los puntos de aplicación de
las cargas.
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74
Eliminado el problema del aplastamiento se presentan solo dos tipos de fallas;
por cortante en probetas cortas y por flexo-compresión en probetas largas.
Los resultados de esta investigación son:
- Para elementos cortos (< 1.5m) el módulo de elasticidad mínimo es de 3000
MPa, el módulo de elasticidad promedio es de 6500 MPa y el esfuerzo
admisible a flexión es 10.7 MPa.
- Para elementos largos (>1.5m) el módulo de elasticidad mínimo 6000 MPa,
el módulo de elasticidad promedio es de 11500 MPa y el esfuerzo admisible
a flexión es de 15 MPa.
Sin embargo para el diseño de elementos se recomienda utilizar los resultados
para probetas largas, porque los elementos cortos tienden a fallar por cortante y/o
aplastamiento.
• Resistencia al Corte El esfuerzo cortante medio τm, se define como: Cuando el esfuerzo cortante es generado por acción de fuerzas directas que
tratan de cortar el material, se trata de cortante directo o simple; el esfuerzo
cortante se presenta también de manera indirecta en miembros que trabajan a
tracción, torsión y flexión. La distribución de esfuerzos cortantes sobre una
sección, se sabe que es mayor en el centro y se hace nula en los extremos.
AV
m =τ
DERECHOS RESERVADOS
75
Las pruebas de laboratorio que se detallan a continuación, se realizaron con el
objeto de determinar la resistencia máxima de la guadua al esfuerzo cortante y
con base en la propuesta de normativa para ensayos de bambúes, INBAR
STANDARD FOR DETERMINATION OF PHYSICAL AND MECHANICAL
PROPERTIES OF BAMBOO.
En la gráfica 4.5, se muestra la distribución de las resistencias al corte de las
30 probetas. El comportamiento es dominado por dos intervalos donde se
concentran el 70% del total de las muestras. La media es 6.87 MPa y se localiza
en el segundo intervalo más importante. La desviación estándar fue de 1.7 MPa
que resulta pequeña comparada con los ensayos de tracción, compresión y
flexión, lo que muestra una homogeneidad en la resistencia al corte de la guadua.
El coeficiente de variación resultó 0.25 que por tratarse de un material natural es
aceptable.
Grafica 4.5 Histograma de resistencias máximas al corte
Fuente: López y Trujillo (2001)
DERECHOS RESERVADOS
76
El valor de diseño por esfuerzos admisibles a esfuerzo cortante, utiliza el
mismo criterio que para el valor de diseño a tracción, en el cual, el esfuerzo
resistente en condiciones últimas es el que corresponde al límite de exclusión del
5%.
Limite de exclusión = 0.05*30 = 1.5 = 1 Es decir, el esfuerzo último corresponde al valor más bajo registrado en los ensayos. μ= 4.31 MPa Para determinar el esfuerzo admisible se debe reducir el esfuerzo último con
varios factores de seguridad. En el caso del esfuerzo cortante se utiliza:
FS = 1.5 (Factor de servicio y seguridad, mediante el cual se busca exigir el
material por debajo del limite de proporcionalidad).
• Esfuerzos máximos promedios y admisibles para la guadua Para el diseño de elementos estructurales de guadua, se pueden utilizar los
valores de esfuerzos admisibles, junto a sus respectivos esfuerzos máximos
FS1
=Φ
µσσ *Φ=adm
MPaadm 84,231,4*66,0 ==σ
DERECHOS RESERVADOS
77
promedio obtenidos de los ensayos. Los mismos se encuentran sintetizados en el
cuadro 4.2, que se muestra a continuación:
Cuadro 4.2 Esfuerzos máximos promedios y admisibles para la guadua
Ensayo Φ σ medio (Mpa) σ adm (Mpa) Modulo de
Elasticidad E (Mpa)
Tracción 0,75 53,5 26,4
11500 Compresión 0,5 43,3 14
Flexión 0,48 15 Corte 0,66 6,9 2,84
Fuente: López y Trujillo (2001) 4.1.2.2 Comportamiento de los elementos de bambú como viga y columna
• Bambú como Viga Los elementos sometidos a flexión son elementos horizontales o casi
horizontales que soportan cargas perpendiculares, o casi perpendiculares a su eje.
Vigas, viguetas y correas son algunos ejemplos. Este procedimiento de diseño se
basa en los resultados de la tesis de grado “Comportamiento de la Guadua
Angustifolia sometida a flexión” de los ingenieros civiles Edwin Prieto y Jorge
Sánchez (Universidad Nacional sede Bogotá, Colombia, 2001).
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El procedimiento de diseño adaptado para la guadua consta de siete pasos, los
cuales se nombran a continuación:
1) Definir bases de cálculo. a) Cargas a considerarse en el diseño.
b) Deflexiones admisibles.
c) Luz de cálculo y espaciamiento.
2) Efectos máximos: máximo momento flector M y máxima fuerza cortante V. 3) Establecer los esfuerzos admisibles de flexión, corte, compresión
perpendicular y módulo de elasticidad.
4) Calcular el momento de inercia I, necesario por deflexiones. 5) Calcular el módulo de sección S, necesario por resistencia. 6) Seleccionar la sección mayor de las calculadas en los pasos 4 y 5. 7) Verificar el esfuerzo cortante.
1.b) Deflexiones admisibles La guadua es un material sumamente elástico y flexible, y se deforma mucho
antes de fallar, sobre todo los elementos de gran longitud. Sin embargo en una
construcción no se pueden tolerar grandes deformaciones en vigas y viguetas,
porque tiene un aspecto desagradable, porque puede dañar un cielo raso y porque
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estaría asociado a grandes vibraciones. Todo esto implica que es necesario
asegurar la rigidez al igual que la resistencia.
Para determinar las deflexiones admisibles se debe considerar las deflexiones
diferidas, es decir las causadas en el tiempo y las deflexiones cortas, es decir las
vibraciones.
Las deflexiones diferidas se calculan con la suma de la carga muerta, más la
carga viva. Sin embargo la carga muerta se incrementa en un 80% debido a la
fluencia plástica del material. Una vez se determina cuanta va a ser la deflexión
diferida se asegura que sea menor que:
- L / 300 en edificaciones con cielo raso.
- L / 250 en edificaciones sin cielo raso.
- L / 200 en edificaciones industriales o en techos inclinados
Las vibraciones se calculan sólo con la carga viva. Esta deflexión debe ser
menor que:
- L / 350 en todo tipo de vivienda.
- L / 480 si se desea minimizar la vibración.
“L” es la distancia entre caras de apoyos. Así por ejemplo una viga de 3.50 m
no debe deflectarse más de 1 cm debido a la carga viva.
Las deflexiones causadas por una carga distribuida sobre una viga
simplemente apoyada se calculan con la fórmula:
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1.c) Luz de cálculo o espaciamiento Cuando se utilizan elementos de guadua como vigas, viguetas o correas, si se
tiene problemas de resistencia o rigidez, una solución simplemente consiste en
acercar entre si los elementos para reducir la luz de cálculo, siempre y cuando las
condiciones de diseño lo permitan.
3) Esfuerzos admisibles y módulos de elasticidad Cuando se estén diseñando vigas, correas o cualquier elemento sometido a
flexión se utilizaran los esfuerzos admisibles y el modulo de elasticidad que se
muestran en el cuadro 4.2.
4) Calculo del momento de inercia necesario Para que el elemento no se deforme excesivamente es necesario tener un
momento de inercia (I) suficiente para que esto no ocurra. Transformando la
ecuación de deflexión admisible se obtiene que:
Donde I es el momento de inercia del elemento, w la carga distribuida, k la
deflexión admisible (según el caso), y E el módulo de elasticidad. Este cálculo
EIwl
máx 3845 4
=∆
EKwlII necesarioelemento 384
*5 3
=≥
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debe hacerse dos veces, una por deflexiones diferidas (k = 200, 250 ó 300) y otra
por vibraciones (k = 350 ó 480).
5) Calculo del modulo de sección necesario Para que el elemento no vaya a fallar es necesario tener un módulo de sección
(Z ó S) suficiente para que esto no ocurra. El esfuerzo flector que sufre una viga
es igual al momento flector dividido por el módulo de sección.
Esta ecuación puede ser reorganizada para obtener el módulo de sección necesario: Donde S es el módulo de sección, M es el máximo momento flector y fm es el
esfuerzo admisible a flexión de la guadua.
6) Calculo del momento de inercia y el modulo de sección del elemento Una vez que se sabe cuanto es el momento de inercia necesario y el módulo
de sección necesario, se busca la guadua o configuración de guaduas que
cumplan este requisito y tengan momentos de inercia y módulos de sección
mayores. Para ello se pueden usar las fórmulas siguientes:
SM
IcM
m ==*σ
fmMSS necesarioelemento =≥
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- Para un solo elemento de guadua:
- Para dos elementos de guadua (uno sobre otro):
7) Verificación de esfuerzo cortante
Por último debe cerciorarse de que no vaya a ocurrir una falla por cortante. El
esfuerzo cortante de un elemento sometido a flexión obedece a la fórmula:
Donde V es la fuerza cortante máxima en la sección y A es el área de la viga.
Por ultimo se tiene que cumplir que:
4
int4
64* ddI ext −
=π
ext
ext
ddd
S32
* 4int
4 −=π
32*4* 2
int24
int4 ddddI extext −−
=π
ext
extext
ddddd
S32
*4* 2int
24int
4 −−=π
AV
máx =τ
fvmáx ≤τ
DERECHOS RESERVADOS
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Donde τmáx es el esfuerzo cortante máximo y fv el esfuerzo admisible al corte
de la guadua.
• Bambú como Columna En las estructuras de guadua es muy común encontrar elementos sometidos a
compresión, tal es el caso de las columnas, pie-derechos y pie-de-amigos. Un
elemento sometido a compresión esta por lo general de forma vertical dentro de la
estructura y recibe cargas de tipo axial.
Este procedimiento de diseño se basa en la tesis de grado “Determinación de
la resistencia a la compresión paralela a la fibra de la guadua de castilla” de los
ingenieros José Martín y Lelio Mateus (Universidad Nacional De Colombia 1981).
Esta estipula que el número de elementos de guadua para una columna se
determina usando la siguiente formula:
Donde Nc es el número de columnas, Pu la carga máxima, Ag el área de la
guadua y Fc el esfuerzo a compresión admisible.
El procedimiento de diseño que se sigue para las columnas es el siguiente: 1) Definir bases de cálculo. a) Cargas a considerarse en el diseño.
b) Condiciones de apoyo y factor de longitud efectiva.
FcAgPuNc*
=
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2) Determinar esfuerzos máximos. 3) Establecer los esfuerzos admisibles, módulo de elasticidad y el coeficiente Ck. 4) Seleccionar una sección adecuada extraer las propiedades geométricas de
la sección elegida.
5) Calcular la esbeltez λ 6) Calcular la carga admisible
Condiciones de apoyo y factor de longitud efectiva El diseño de elementos sometidos a compresión o flexo compresión debe
hacerse tomando en cuenta su longitud efectiva (lef), esta no es más que la
longitud teórica de una columna equivalente con articulaciones en sus extremos.
Esta longitud de la columna doblemente articulada es la que interviene en la
determinación de la carga máxima por pandeo que puede soportar una columna.
Esta se obtiene multiplicando la longitud, l, por un factor de longitud efectiva, k,
que considera las restricciones o el grado de empotramiento que sus apoyos
extremos le proporcionan.
Esbeltez A diferencia de las columnas de madera aserrada cuya sección es por lo
general de forma rectangular lo que hace que tenga una dirección más débil que la
lklef *=
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otra en la guadua no se presenta esto dado que es simétrica en todas las
direcciones.
En columnas de guadua la esbeltez esta dada por la expresión: Donde λ es la esbeltez, i es el radio de giro y l la longitud de la columna. Entonces el radio de giro se calcula mediante la siguiente formula: Donde I es el momento de inercia de la sección y a es el área. Simplificando lo anterior nos queda: El valor del coeficiente Ck corresponde al punto donde las columnas
intermedias pasan a ser largas en la grafica 4.6 de esfuerzo contra esbeltez.
Rgl
=λ
AIRg =
4
2int
2 ddRg ext +
=
fadmECk 72,2=
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Clasificación de columnas de guadua
- Columnas Cortas λ < 30.
- Columnas Intermedias 30 < λ < Ck.
- Columnas Largas Ck < λ < 150.
- λ > 150 es inaceptable
Grafica 4.6 Esfuerzo vs. Esbeltez
Fuente: Martín y Mateus (1981)
En la grafica 4.6, la nube de puntos representa todos los ensayos a
compresión recopilados y la línea verde es la línea de tendencia de los mismos.
Cada punto representa el esfuerzo al que la probeta fallo, utilizar la línea de
tendencia de dichos puntos para diseñar elementos a compresión además de
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arriesgado, seria irresponsable; es por eso que se utiliza el criterio del percentil 5 y
los factores de seguridad.
La línea de color violeta representa el percentil 5 ósea que solo el 5% de los
resultados quedaron por debajo de esta línea, finalmente a este resultado se le
aplica los factores de seguridad mencionados anteriormente y obtenemos la curva
de esbeltez para columnas de guadua en la línea naranja.
Para poder diseñar elementos a compresión se requiere una grafica 4.7, de
esbeltez en el caso de la guadua es la siguiente:
Grafica 4.7 Curvas de esbeltez para guadua
Fuente: Martín y Mateus (1981)
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En la grafica 4.7, la línea azul corresponde a la curva de esbeltez para
entramados o conjunto de pie-derechos mientras la línea violeta es la curva de
esbeltez para una columna sola. Columnas cortas Las columnas cortas (λ < 30) normalmente fallan por compresión o
aplastamiento. Su carga admisible puede calcularse como:
Donde Padm corresponde a la carga axial admisible, fadm es el esfuerzo
admisible para compresión paralela a la fibra y A es el área de la sección.
Columnas intermedias Las columnas intermedias (30< λ <Ck) normalmente fallan por una
combinación de aplastamiento e inestabilidad lateral (pandeo). Su carga admisible
puede estimarse como:
Donde:
λ: esbeltez.
AfP admadm *=
−=
4
*311**
CkAfP admadm
λ
fadmECk 72,2=
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Siendo: E = Modulo de elasticidad de la guadua Columnas Largas La carga admisible de columnas largas (Ck< λ <150) se determina por
consideraciones de estabilidad. Considerando una adecuada seguridad al pandeo
la carga crítica Padm se reduce a:
Elementos sometidos a flexo compresión Estos elementos deben diseñarse para satisfacer la siguiente ecuación: Donde: fm = esfuerzo admisible a flexión.
km = factor de magnificación de momentos debido a la presencia de la carga
axial.
/M/ = Momento flector máximo del elemento (valor absoluto)
Padm = carga axial admisible calculada.
S = modulo de sección.
P = carga axial aplicada
= 2
*93.4λ
AEPadm
1*
*≤+
adm
m
adm fSMK
PP
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Pcr = Carga critica de Euler Obsérvese que la carga crítica no depende directamente de la resistencia del
material, sino que es inversamente proporcional al cuadrado de la longitud y se
puede aumentar utilizando material más rígido o utilizando secciones con más
momento de inercia. Esta es una buena razón para afirmar que la guadua es
buena para soportar pandeo, su sección transversal es un tubo. La manera más
efectiva de poner masa alejada del centroide es poniéndola alrededor; en otras
palabras entre varias secciones de igual área, la más efectiva para resistir pandeo
es el tubo, pues tiene mayor momento de inercia. 4.1.2.3 Uniones estructurales El cálculo de elementos con guadua, al igual que con madera puede llevar a
una situación muy peligrosa, ya que los elementos pueden ser suficientemente
fuertes para el trabajo deseado, pero las uniones pueden ser débiles. Todo el que
ha trabajado con guadua sabe que las uniones requieren de mucho cuidado y son
el eslabón más débil.
cr
m
PPk
*5.11
1
−=
2
2 **
efcr l
IEP π=
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La madera cuenta con múltiples tecnologías para solucionar las uniones. Para
la guadua existen soluciones tradicionales, las comunes y efectivas son las
siguientes:
• Unión con lámina de acero Este tipo de unión utiliza un zuncho de acero, o abrazadera, que sirve como
transición de esfuerzos entre una sucesión de tornillos fijados a la pared de la
guadua y un elemento conector que permita la construcción de la unión. Se
utilizan 12 tornillos de 6.35mm (1/4”), 1x0.04m de lámina calibre 22 y un pasador
de 1.58 cm (5/8”).
Esta unión cuando falla “ahorca” a la guadua e induce a que se raje. Luego de
que la lámina haya “ahorcado” la guadua, y que la cabeza de los tornillos se
entierre en la pared de la guadua, se produce la falla. Su resistencia última
promedio es de 9648 kg (96 kN). Su gran defecto radica en que sufre grandes
deformaciones antes de fallar.
• Unión con mortero y varilla (Tipo Vélez) La segunda propuesta utiliza mortero y una varilla de ½” que sirve para
conectar los dos elementos a unir. Para proporcionar adherencia entre el mortero
y las paredes del bambú se utilizan una serie de puntillas o clavos colocados de
manera helicoidal. Su gran defecto radica en que el mortero falla rápidamente,
seguramente se puede mejorar esta unión mejorando la calidad del mortero. La
resistencia última promedio de esta unión es de 5970 kgf. (60 kN).
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De los resultados, y tras establecer una correlación múltiple se llegó a las
siguientes ecuaciones:
- Uniones con lámina de acero:
- Uniones con mortero y varilla: Donde P es la resistencia en kilogramos de la unión, dext es el diámetro externo
de la guadua y dint es el diámetro interno, ambos en centímetros. De esta forma
teniendo las dimensiones de una guadua se puede establecer cuanto puede
soportar una unión, teniendo así una herramienta de diseño importante.
4.1.2.4 Tipo de fundaciones que se usan en construcciones con bambú Los ejemplos del empleo de postes de bambú, en lugar de cimiento
convencional para casas económicas, pueden verse en ambos hemisferios, pero
al menos que sean tratados con algún producto químico preservativo, no es de
esperarse que tales postes duren de dos a tres años, llegando rara vez a cinco
años, en condiciones favorables poco comunes. Aunque no hay datos
experimentales, parece razonable esperar que las clases duraderas de cañas de
bambú puedan durar un tiempo mayor, hincadas en el suelo, mediante la
aplicación del pentaclorofenol en una forma apropiada.
int*240022005000 ddP ext −+=
int*25002400600 ddP ext −+−=
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93
Mientras se estudian tratamientos convenientes y económicos para la
preservación del bambú en condiciones en que se humedezca frecuentemente o
que este en contacto con el suelo húmedo, se considera conveniente emplear
para las fundaciones algún material que sea mejor que el bambú no tratado, por
ejemplo el concreto, la piedra, el ladrillo, o alguna madera dura.
Se puede entonces decir que lo más conveniente seria utilizar las fundaciones
tradicionales de concreto armado con acero, ya sean fundaciones aisladas o losas
fundación, dependiendo del caso y las solicitaciones.
Lo mas importante a tener en cuenta es que los elementos de bambú tienen
que estar separados unos 30 o 40 cm del suelo, es decir, que al construir la
fundación el elemento de bambú tiene que estar unos 40 cm por encima del nivel
de terreno. Esto se hace en el caso de fundaciones aisladas dejando que el
pedestal sobresalga la distancia necesaria del nivel de tierra para luego colocar los
elementos de bambú sobre este. Para el caso de las losas fundaciones, ya que
estas están generalmente por encima del nivel de terreno se debe hacer una
especie de pedestal pequeño que tendrá una altura de 30 o 40 cm menos el
espesor de la losa flotante, siendo innecesario esto cuando los espesores superen
los 30 cm.
En cualquiera de los dos casos la unión entre los elementos de bambú y la
fundación se hará de la misma manera. Esta consiste en dejar unos arranques de
20 a 30 cm (tantos arranques como elementos de bambú se tengan) con el mismo
acero del armado, sobre estos se colocaran los elementos huecos de bambú y los
mismos se rellenaran de concreto hasta cubrir por completo la longitud del acero,
de esta manera se garantiza una buena unión y se rigidiza el nodo.
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94
4.1.2.5 Comportamiento del bambú cuando es sometido a fuego Es completamente normal que por tratarse de un material natural proveniente
de una planta se generalice el pensamiento de que el bambú es sumamente
peligroso cuando se somete a fuego, ya que se asume como un material
altamente combustible, cuya donde la propagación del fuego ocurre de manera
rápida. Sin embargo esto no es cierto, y es que debido al alto grado de acido de
silícico de la corteza y a su alta densidad, se clasifica el bambú en como un
material que puede ser inflamable pero poco combustible.
La susceptibilidad al fuego depende en particular de las posiciones de las
unidades de la construcción, las dispuestas en horizontal son menos susceptibles
que unidades verticales o diagonales.
Con un elemento de bambú horizontal las llamas se extienden como anillo al
nudo siguiente. Allí el fuego se apaga, ya que la llama no puede conseguir el nudo
ni el diafragma al próximo entrenudo.
La combustión de segmentos en posición diagonal se produce en forma
ascendente hasta el final y as llamas se extienden en forma de anillos desde la
zona de corte del espécimen. Algo parecido ocurre en posición vertical donde los
elementos pueden arder continuamente desde el punto de ignición hasta el final.
Ensayos realizados demuestran, que si se llena un elemento de bambú con
agua y se coloca fuego debajo de ella, esta puede llegar a hervir sin que se
queme, debido a que el palo de guadua puede resistir temperaturas de 400°C.
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95
Entonces se puede decir que el fuego no se propaga fácilmente en los
elementos de bambú, sin embargo es importante y necesaria la preservación en
soluciones de boro, ya que estas contribuyen a su protección. Además, es
importante destacar que los recubrimientos siempre serán útiles, ya que protegen
y retardan la combustión de la estructura de guadua
Como síntesis de su comportamiento ante el fuego, se concluye:
- Los componentes estructurales en posición horizontal, son más resistentes
al fuego que los posicionados verticalmente o en forma inclinada.
- La relativa lentitud de ignición y expansión de la llama en el bambú ofrece
ventajas dado que la variable tiempo, en caso de evacuación por incendio,
se incrementa notablemente.
- El techo, al ser la parte de la estructura que desde el interior puede ser más
fácilmente incendiado, permite en cierta medida la conservación del
esqueleto de la vivienda hasta la extinción del fuego.
4.1.3 Propuesta de diseño de vivienda de interés social aplicando bambú 4.1.3.1 Modelo arquitectónico de la vivienda (Ver anexo 1) Por tratarse de una vivienda de interés social como modelo se selecciono una
pequeña y sencilla casa, con las siguientes especificaciones:
- Vivienda unifamiliar.
- 54 m2 de construcción.
- Altura de entrepiso 2.40 m.
- Cuenta con sala-comedor, cocina, 2 habitaciones, baño y lavadero.
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96
4.1.3.2 Consideraciones generales de diseño (Ver Anexo 2) Para el diseño de la vivienda se tomaron en cuenta las siguientes
consideraciones:
- Losa de techo formada con elementos de bambú de 10 cm de diámetro
dispuestos a cada 40 cm en sentido perpendicular a las vigas de carga
(comportándose como nervios), tiene en la parte superior una capa de
concreto vaciado de 5 cm reforzada con malla electro soldada, y en la parte
inferior (interior de la vivienda) esta frisada con mortero. Cabe destacar que
para servir de base al concreto y de adherencia al friso se utiliza malla
Riplex.
- Tiene 3 vigas de carga de bambú con una longitud total de 9 m, sobre las
cuales se apoya la losa de techo.
- Las vigas de carga a su vez se apoyan sobre 4 columnas de bambú cada
una, teniendo un total de 12 columnas distribuidas simétricamente en toda
la vivienda, con luces libres de 3 m entre ellas.
- La fundación será de tipo flotante o losa fundación, debido al tipo de
construcción, ya que de esta manera se ahorran las excavaciones y esta a
su vez sirve como losa de piso en la vivienda, minimizando los costos.
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97
4.1.3.3 Solicitaciones a las cuales están sometidas las estructuras
• Carga muerta
Cuadro 4.3 Solicitaciones de Carga muerta (peso propio)
Elemento Peso (kg/ml)
Concreto h=5cm 120
Bambú 14.15
Friso 30
Impermeabilización 80
Malla Riplex 2
246.15
Para efectos de diseño esta carga fue mayorada multiplicando por el factor de
seguridad 1.2, obteniendo entonces 295.38 kg/ml de carga muerta.
• Carga viva o sobre carga Se utilizó 100kg/ml según la norma COVENIN 2002-88 “Criterio y Acciones
Mínimas para el proyecto de Edificaciones”, para uso de cubierta visitable. Para efectos de diseño esta carga fue mayorada multiplicando por el factor de
seguridad 1.6, obteniendo entonces 160 kg/ml de carga viva o sobrecarga.
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• Sismo y viento Por tratarse de una vivienda de interés social pequeña, sencilla y de una sola
planta no se consideraron fuerzas de viento para el diseño. Tampoco se tomo el
cuenta el sismo, ya que Venezuela no presenta grandes fallas de este tipo y
además el bambú es considerado como un material altamente sismo resistente,
debido a que su estabilidad y bajo peso representan la estructura ideal.
4.1.3.4 Dimensionamiento de los elementos estructurales (Ver anexo 3) Después de tener el modelo de la vivienda y las solicitaciones de carga a las
cuales esta sometida la estructura, se dimensionaron los elementos principales
(vigas y columnas) utilizando el procedimiento de calculo revisado anteriormente.
Los resultados obtenidos fueron los siguientes:
• Vigas Vigas formadas por dos elementos de bambú de 15 cm de diámetro externo y
12 cm de diámetro interno colocadas una sobre la otra, formando una sección total
de 15 x30 cm.
Es importante destacar que la vivienda cuanta con tres vigas de carga de 9 m
de longitud, los cálculos y el dimensionamiento se hicieron tomando en cuenta la
que recibía la mayor magnitud de carga.
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• Columnas Columnas formadas por dos elementos de bambú de 12 cm de diámetro
externo y 9 cm de diámetro interno colocadas una al lado de la otra, formando una
sección total de 12x24 cm.
La vivienda cuenta con 12 columnas que son las encargadas de soportar y
transmitir las cargas hasta las fundaciones, los cálculos y el dimensionamiento se
llevaron a cabo basándose en la columna que recibía mayor carga y partir de la
misma se diseñaron las demás.
• Unión con entre viga y columna Se utilizo la junta tipo Vélez con mortero y una varilla de ½” de 50cm de largo
que sirve para conectar los dos elementos a unir. Para proporcionar adherencia
entre el mortero y las paredes del bambú se utilizo una serie de puntillas o clavos
colocados de manera helicoidal.
• Fundación tipo flotante o losa fundación La losa fundación para esta vivienda tiene 20 cm de espesor y una altura útil de
15 cm. Es de concreto f’c= 250kg/cm2 y esta reforzada con acero.
El acero para la fundación se calculo en base al acero mínimo y al acero de
temperatura obteniéndose los siguientes resultados por cada metro:
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100
- As min (+)=6,7 cm2.
- As min (-)= 5 cm2.
- As temp= 3,6 cm2.
Se puede decir que por tratarse de una estructura de bambú casi en su
totalidad, el bajo peso de los elementos solo requirió de una losa fundación
sencilla, con poca altura y acero mínimo normativo.
4.1.3.5 Diseño y acabado de cerramientos (Ver anexo 4) Para la confección de las paredes y cerramientos se llevo a cabo el
siguiente procedimiento:
- Sobre la losa fundación se coloca una especie de pequeña viga o vigueta
de madera sobre la cual se arma la estructura de las paredes.
- Se colocaron elementos de bambú de 10 cm de diámetro en sentido vertical
espaciados a cada 30 cm entre ellos para formar la estructura básica.
- Los elementos principales fueron arriostrados usando elementos de bambú
de 8 cm de diámetro formando cruces de San Andrés en un solo sentido.
- La estructura de bambú se cubre con malla Riplex por ambos lados (interior
y exterior de la vivienda).
- Sobre la malla se coloca una capa de friso, utilizando el mortero de
cemento tradicional.
DERECHOS RESERVADOS
101
La manera en que están confeccionadas las paredes permite un buen
aislamiento acústico y térmico, manteniendo así una temperatura agradable dentro
de la vivienda. Además es muy importante destacar que el friso básicamente esta
armado con la malla Riplex, lo que evita las grietas y el resquebrajamiento del
mismo, dando un buen aspecto por mucho mas tiempo y comportándose mejor
que el friso tradicional sobre bloques.
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CONCLUSIONES • La guadua es una planta que aporta múltiples beneficios para el medio
ambiente y el hombre. Genera grandes cantidades de biomasa, protege al suelo
de la erosión, crece muy rápidamente y de forma natural lo que permite
explotaciones controladas con muy poco impacto ambiental. Además por ser un
recurso natural totalmente renovable y biodegradable los desechos que se
generan no causan ningún daño ambiental y en muchos casos pueden ser
reutilizados para diversas actividades.
• La guadua cuando se utiliza como material de construcción ofrece también
grandes beneficios ecológicos, no requiere de procesos industriales para su
preparación y uso, generando muy pocos desperdicios. Además proporciona
buena calidad acústica y termina, ya que funciona como aislante de los mismos.
Si el bambú lograra reemplazar a la madera o el acero en algunas
construcciones, la tala de la selva tropical y las explotaciones que ponen en
riesgo al ambiente se disminuirían por una demanda que cambiaría. Incluso, si
se incrementase la producción de bambú se podría sacar de la pobreza a
750.000 personas para el año 2020, reduciendo también en gran parte la
fabricación de productos más contaminantes.
• El comportamiento estructural de los elementos de bambú a pesar de su
poco peso es muy excepcional, obteniéndose buenos valores para esfuerzos
admisibles (σadm-tracción= 264 kg/cm2, σadm-compresión= 140 kg/cm2, σadm-
flexión= 150kg/cm2 y σadm-corte= 28,4 kg/cm2).
DERECHOS RESERVADOS
• Los elementos de bambú son muy aptos para vigas o columnas, además en
caso de que un elemento no soporte los esfuerzos a los que esta sometido por
si solo, fácilmente puede colocarse un arreglo de dos o tres elementos juntos
que se comportaran como una sola sección para soportar las cargas.
• Una vivienda construida de guadua no requiere de gran elaboración,
sencillamente se construye la estructura básica con bambú (vigas y columnas),
se arma la losa con nervios de bambú sobre la cual se vacía concreto, se
hacen los cerramientos (paredes) de bambú y todo se frisa y cubre con mortero,
dando como resultado una vivienda con apariencia sencilla y tradicional pero
que resulta en mucho menos esfuerzo, mano de obra y costos.
• El bambú representa una buena opción para la construcción, si se
implementa en el país traería consigo una reducción notable en los costos y
tiempo de ejecución, con lo cual se podría afrontar de manera mas rápida al
problema del déficit de viviendas al mismo tiempo que se es amigable con el
ambiente.
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RECOMENDACIONES
De acuerdo a los resultados obtenidos, se recomienda que: • Se considere al bambú como una opción al momento de diseñar y construir,
debido a las numerosas ventajas que ofrece.
• Se consideren e investiguen nuevos y diferentes sistemas constructivos que
sean amigables con el ambiente.
• Se realicen futuras investigaciones sobre las uniones estructurales entre
elementos de bambú.
• Se realicen futuras investigaciones donde se estudie el comportamiento del
bambú en estructuras más grandes y elaboradas (galpones, viviendas de varias
plantas, entre otras).
• Se incursione mas en el país en el tema del bambú, se tome en cuenta la
creación de normas y apartados para tratar de estandarizar y promover su uso en
el territorio nacional.
DERECHOS RESERVADOS
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Episteme.
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Estudios técnicos colombianos Ltda. Universidad Nacional de Colombia.
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mecánicas de haces de fibra de Guadua Angustifolia. Manizales:
Universidad Nacional de Colombia.
DERECHOS RESERVADOS
• OBERMAN Y LAUDE (2004). Bambú: recurso sostenible para estructuras
espaciales. Medellín: Universidad Nacional de Colombia.
• PRIETO Y SANCHEZ (2001). Comportamiento de la Guadua Angustifolia
sometida a flexión. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.
• RISQUEZ, PEREIRA y FUENMAYOR. (1999). Metodología de la
investigación. Maracaibo: S/Edit.
• TAMAYO y TAMAYO (2001). Metodología de investigación. México:
Limusa.
• TORRES, REAL Y SOSA (2002). Sistemas constructivos a base de fibras
naturales de bambú. México: S/Edit.
• VÉLEZ, S. (2000). Bamboo- Grow your own house. Alemania: S/Edit.
• VÉLEZ, SANDS Y DEBOER (2008). Bambú, el acero vegetal usado en la
construcción. Colombia: Noticias de arquitectura.
DERECHOS RESERVADOS
107
ANEXO 1 MODELO ARQUITECTÓNICO DE LA VIVIENDA
DERECHOS RESERVADOS
108
PLANTA ARQUITECTÓNICA DE LA VIVIENDA
DERECHOS RESERVADOS
109
FACHADAS DE LA VIVIENDA
DERECHOS RESERVADOS
110
DERECHOS RESERVADOS
111
ANEXO 2 CONSIDERACIONES GENERALES DE
DISEÑO
DERECHOS RESERVADOS
112
EJES DE COLUMNAS, VIGAS Y NERVIOS
DERECHOS RESERVADOS
113
DETALLE DE LOSA DE TECHO
Corte lateral de losa de techo
DERECHOS RESERVADOS
114
ANEXO 3 DIMENSIONAMIENTO DE LOS ELEMENTOS
ESTRUCTURALES
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115
DETALLES DE VIGAS Y COLUMNAS
Tablas de cálculos y esfuerzos de losa de techo, vigas, columnas y fundación
LOSA DE TECHO Carga total 455.38
V máx 995,31 M máx 511,88
Carga máxima que llega a la viga (kg) 1727,71
DIMENSIONAMIENTO DE VIGAS
Procedimiento de Diseño 1) Deflexiones admisibles (K)
a)Deflexión diferida K (kg/cm2) b)Deflexión de vibraciones K (kg/cm2) carga muerta*1,8+carga viva carga viva
1,021 0,236 L/250 =1,2 L/350 =0,857
Se debe cumplir que: Se debe cumplir que: L/250 > deflexión diferida L/350 >deflexión vibraciones
1,2>1,021 0,857>0,236 OK OK
2) Momento Flector, Fuerza Cortante a) Fuerza total viga W (kg)= 1727,71 b) Momento Mmáx (kg*m)= 1554,94
c) Fuerza cortante Vmáx (kg)= 3109,87 3) Momento de Inercia (cm4)
M Inercia elemento> M Inercia necesario M.i. diferida necesario M.i. vibraciones necesario
K=1,021 53,936 K=0,236 12,381 4) Modulo de Sección Sx necesario (m3)
Sx= 1036,627 5) Momento inercia (cm4) y Modulo de sección (m3)
Para una viga de una guadua M.i. Elemento = 2161,049
Sx Elemento= 288,140 Se debe cumplir que:
M.i. Elemento>M.i. necesario 2161,049 > 53,936 Diferida OK 2161,049 > 12,381 Vibraciones OK
Sx Elemento>Sx Necesario 288,140 > 1036,627 FALLA
DERECHOS RESERVADOS
116
Para una viga con dos guaduas (una sobre otra) M.i. Elemento = 20152,489
Sx Elemento= 1343,499 Se debe cumplir que:
M.i. Elemento>M.i. necesario 20152,489> 53,936 Diferida OK 20152,489 >1 2,381 Vibraciones OK
Sx Elemento>Sx Necesario 1343,499 > 1036,627 OK
6) Chequeo Esfuerzo Cortante Vmáx=3109,87
Para dos bambúes Tmáx=Vmáx/area*2 (kg/cm2)
Tmáx= 24,442 Se debe cumplir que:
Tadm>Tmáx 28,4 > 24,442 OK
DIMENSIONAMIENTO DE COLUMNAS Procedimiento de Diseño
Pu actuante (kg) 5767,540
1) Numero de Guaduas (Ng) 1,457 ≈ 2 guaduas
2) Longitud Efectiva (cm) 154,00
3) Esbeltez (λ) 29,333
4) Factor CK 103,127
5) Clasificación de Columnas Cortas = Esbeltez<30
Intermedias = 30<Esbeltez< CK Largas= CK<Esbeltez<150
Inaceptables = Esbeltez>150 29,333 < 30
COLUMNA CORTA 6) Chequeo a la Fuerza Actuante
Padm= Esf.Adm *área*2 7916,810
Se debe cumplir que: Padm > Pactuante
7916,813 > 5767,54 OK
DERECHOS RESERVADOS
117
DIMENSIONAMIENTO DE LOSA FUNDACION
Columnas Cargas Pu muerta Pu total Pu trabajo
Esquinera 413,180 629,180 473,310 Borde 1377,280 2097,280 1577,710 Central 3787,500 5767,500 4338,670
Procedimiento de Diseño 1) Altura útil (d)
16,909 cm 0,169 m
2) Espesor (e) e=d+0,05(recubrimiento)
0,219 aproximado a 0,20 m 3) Chequeo del Esfuerzo (FF)
FF=((sumatoria Pu trabajo)/área losa))+(e*p.e concreto) 5127,047 llevándose a metros = 0,513
Se debe cumplir que: FF< esf adm 0,513 < 1,5
OK 4) Calculo por método aproximado
Faja borde =2,5m Vmáx=1575 Kg Mmáx=715Kg.mt 5) Diseño
Corte Ancho de faja =2,5 m e=0,20 m
VuMáx = Vmax/Ancho de faja 1575/2,5 630 Kg
vu' =Vumáx/0,85*b*d se aproxima la altura útil (d) a 15 cm y b= 100cm
vu' =630/0,85*100*15 0,50 kg/cm2
vu´c= 0,53*raíz f'c 8,38 Kg/cm2
se debe cumplir que: vu'c >> vu' 8,38 >> 0,50 OK
Acero a Flexión Asmin = 14*b*d/fy fy= 4200 e= 0,20cm b=100cm d(+)=20cm d(-)=15cm As(+) = 6,7 cm2 As(-) = 5 cm2 Astemp=0,0018*b*e Astemp= 3,6cm2
DERECHOS RESERVADOS
118
Vista de frente de viga y columna
Vista lateral de vigas y columnas
DERECHOS RESERVADOS
119
Detalle de unión tipo Vélez, entre viga y columna
Ejemplo de unión tipo Vélez, entre viga y columna
DERECHOS RESERVADOS
120
Unión entre columna y fundación
Vista frontal
DFF
Unión entre columna y fundación Vista lateral
DERECHOS RESERVADOS
121
Proceso de inyección de concreto o mortero
DERECHOS RESERVADOS
122
ANEXO 4 DISEÑO Y ACABADO DE CERRAMIENTOS
DERECHOS RESERVADOS
123
DETALLE DE PAREDES
Vista tridimensional
Vista frontal o lateral
DERECHOS RESERVADOS
124
Ejemplo de armado y construcción de cerramientos
Ejemplo de vivienda de bambú frisada
DERECHOS RESERVADOS