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 adnanelmaaz_2102@hotmail.com

Urdaneta P. Andrés A. CI: 19.679.312 Calle 79-E N° 86-246 Sector La Floresta Telefono: 7554744 andres_up2@hotmail.com

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

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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

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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

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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

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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

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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. adnanelmaaz_2102@hotmail.com, andres_up2@hotmail.com.

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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. adnanelmaaz_2102@hotmail.com, andres_up2@hotmail.com

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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

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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.

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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.

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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.

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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.

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20

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.

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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.

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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.

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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

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28

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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36

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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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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• 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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48

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.

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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).

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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

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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.

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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)

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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

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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

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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

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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.

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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

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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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78

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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79

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:

DERECHOS RESERVADOS

80

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

=≥

DERECHOS RESERVADOS

81

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 =≥

DERECHOS RESERVADOS

82

- 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

83

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*

=

DERECHOS RESERVADOS

84

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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85

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=

DERECHOS RESERVADOS

86

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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87

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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88

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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89

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

DERECHOS RESERVADOS

90

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=

DERECHOS RESERVADOS

91

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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92

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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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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99

• 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.

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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).

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• 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

• BALESTRINI, M. (2006). El proyecto de investigación. Caracas: Editorial

Episteme.

• FALCK, N. B. (1998). El bamboo usado como material de construcción.

Honduras: Universidad Nacional Autónoma de Honduras.

• GLENN, H. E. (1950). BAMBOO Reinforcement in Portland cement

concrete. South Carolina: Clemson College.

• HERNÁNDEZ, FERNÁNDEZ Y BAPTISTA (2003). Metodología de la

investigación. México: Editorial McGraw-Hill.

• HIDALGO, L. O. (2000). Manual de construcción con bambú. Colombia:

Estudios técnicos colombianos Ltda. Universidad Nacional de Colombia.

• INTERNATIONAL NETWORK FOR BAMBOO AND RATTAN (1999).

IMBAR standard for determination of physical and mechanical properties of

bamboo.

• JANSSEN, J.J. (1980). The mechanical properties of bamboo used in

construction. Eindhoven: Intermediate technology publications.

• JANSSEN, J.J. (1998). Building with bamboo a handbook. Eindhoven:

Intermediate technology publications.

• LOPÉZ Y SILVA (2000). Comportamiento sismorresistente de estructuras

en bahareque. Manizales: Universidad Nacional de Colombia.

• LOPÉZ Y TRUJILLO (2000). Diseño de uniones y elementos en estructuras

de guadua. Medellín: Universidad Nacional de Colombia.

• MARTÍN Y MATEUS (1981). Resistencia a la compresión paralela a la fibra

de la Guadua Angustifolia. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia.

• MORENO, OSORIO Y TRUJILLO (2006). Estudio de las propiedades

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