UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA

COMPORTAMIENTO MECÁNICO DE LAS

CONEXIONES EN LOS ELEMENTOS DE

BAMBÚ PARA ESTRUCTURAS LIGERAS.

EL CASO DE LAS ESPECIES DEL TRÓPICO

DE VERACRUZ

TESIS DOCTORAL

ENRIQUE ROBERTO ÁLVAREZ CASTILLA

Ingeniero

2012

ÍNDICE

INTRODUCCIÓN 1. PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN

1.1. Justificación del objeto de estudio 1.2. Enunciado del objeto de estudio 1.3. Recursos de la investigación

1.3.1. Marco teórico 1.3.2. Marco histórico 1.3.3. Hipótesis de referencia 1.3.4. Formas de contrastación

1.4. Organización del trabajo. Comentarios

2. ANTECEDENTES 2.1. El bambú en el mundo 2.2. El bambú en México y en el estado de Veracruz

2.2.1. El bambú en el estado de Veracruz 2.3. Biología. Anatomía y estructura

2.3.1. Biología de bambú 2.3.2. Anatomía y estructura

2.4. Analogía del bambú con la madera 2.4.1. La madera como material compuesto 2.4.2. Resumen

2.5. Comentarios

3. PROPIEDADES FÍSICO MECÁNICAS DEL BAMBÚ 3.1. Introducción 3.2. Sistemas de preservación

3.2.1. Agentes biológicos que deterioran los bambúes 3.2.2. Tipos de tratamiento

3.3. Propiedades físicas del bambú adulto 3.4. Propiedades mecánicas del bambú

3.4.1. Modelo de resistencia a compresión simple. Efecto de esbeltez

3.4.2. Modelo de resistencia al cortante 3.4.3. Resistencia a la tracción 3.4.4. Flexión del bambú. Mecanismo de fluencia 3.4.5. Módulo de elasticidad del bambú

3.5. Comentarios

4. LAS CONEXIONES EN LAS ESTRUCTURAS LIGERAS 4.1. Introducción 4.2. El ámbito de estructuras ligeras utilizando bambú 4.3. Proyectos de conexiones

4.3.1. Modelo de conexiones 4.3.2. Proyecto de conexiones 4.3.3. Conexiones a tracción

4.4. Propuesta de conexiones para estructuras ligeras 4.5. Comportamiento mecánico de uniones

7

9 9

10 11 11 11 12 12 13

15 15 17 17 26 26 33 34 34 40 41

43 43 43 43 45 54 56

56 63 65 68 73 75

77 77 77 77 77 92 94 97

4.6. Proyecto de cerchas para pruebas de campo 4.6.1. Objetivo 4.6.2. Proceso de construcción 4.6.3. Prueba del modelo de cercha No. 1 4.6.4. Prueba del modelo de cercha No. 2

4.7. Conclusiones ANEXO A

A1. Valores obtenidos de los módulos de resistencia a compresión A2. Valores obtenidos de los módulos de resistencia al esfuerzo

cortante en el sentido de las fibras A3. Valores obtenidos de los módulos de resistencia al esfuerzo

cortante en el sentido perpendicular de las fibras ANEXO B

B1. Estado del Arte. Resumen de algunas aplicaciones del bambú en el mundo

B2. Imágenes de usos y aplicaciones de los alumnos de la Facultad de Arquitectura de la Universidad Veracruzana

B3. Protocolo de algunos proyectos aplicando el bambú B4. Imágenes de diseño de interiores

CONCLUSIONES GENERALES GLOSARIO DE TÉRMINOS BIBLIOGRAFÍA

103 104 104 105 106 108 110

111 111

129

135

145

145

155 167 189

195

199

203

7

INTRODUCCIÓN

No existe planta sobre la faz de la Tierra capaz de igualar el crecimiento en 24 horas al de un bambú. Éste es mucho más que una planta: ha sido elemento que por siglos ha estado ligado a la naturaleza, al folklore, al hombre y al desarrollo socio-cultural en muchas partes del mundo. Por el bambú se han forjado culturas que han colaborado enormemente en el desarrollo económico de una nación. Además de planta reguladora de aguas, protectora de suelos y defensora del medio ambiente, forma parte de un paisaje que con su belleza ha sido tema de inspiración de algunos poetas. Asimismo, en el estado de Veracruz, en la región de la ciudad de Córdoba, se han sembrado grandes bosques de bambú para formar barreras contra el ruido de la carretera.

Actualmente, en América y en Oriente, bajo los esquemas de la globalización en el uso y la aplicación del bambú, se ha notado la urgente necesidad de hacer ingeniería de estructuras, como se propuso el día 12 de diciembre del año 2006 en el Congreso Nacional del Bambú, realizado en esta ciudad de Xalapa, fecha en que el arquitecto Simón Vélez, colombiano y figura importante en el mundo dentro de la arquitectura con bambú, manifestó que es urgente hacer ingeniería en las estructuras con este material, dado que hasta el momento, la aplicación del bambú en el diseño se reduce a la prueba y error. Por estos motivos, y muchos más, en esta tesis se ha abordado el tema de las uniones o conexiones con bambú desde un punto de vista mecánico-estructural con el fin de establecer mejores condiciones en sus aplicaciones a las cubiertas ligeras y continuar las líneas de investigación necesarias para ampliar el rango de usos en muchos aspectos del diseño. En el capítulo 1, se plantean la justificación y el objeto de estudio, así como el enunciado, los recursos de la investigación y sus hipótesis respectivas para valorar cada uno de los elementos que le den soporte a dicho capítulo, anteponiendo, entre otras cosas, el hecho de la importancia que tiene el conocimiento de los fenómenos que ocurren en las conexiones por el hecho de modificar la morfología del tubo de bambú, al seccionar la continuidad de los haces fibrosos que son los que le dan las cualidades de resistencia al elemento. En el capítulo 2 se comenta lo que es el bambú como material de usos múltiples en el mundo y en México, en particular en el estado de Veracruz, con el fin de establecer el gran potencial que tiene esta gramínea en aplicaciones importantes del mundo en que vivimos. También se habla de la analogía entre el bambú y la madera, que es su más cercano competidor en el ámbito de la arquitectura, y de sus ventajas con respecto a ésta última, donde predomina la tendencia de sustentabilidad del medio ambiente al preferir el bambú con respecto a la madera. Dentro del capítulo 3 se han destacado las propiedades mecánicas y físicas del bambú, incluyendo sistemas de preservación. Se realizaron pruebas experimentales para conoces datos de resistencia, principalmente de la especie Bambusa oldhamii, que constituye la variedad de bambú con grandes propiedades y cualidades estructurales, para lograr el fin que se persigue. Se destaca el efecto de Pandeo en elementos verticales para analizar su comportamiento estructural con fines de aplicación o restricción. En el anexo A se expresan todos y cada uno de los resultados de las pruebas de laboratorio en muestras a compresión simple, es fuerzo cortante en el sentido de las fibras y en sentido perpendicular a ellas. De una

8

manera especial se ha estudiado el fenómeno de la flexión del bambú y su capacidad de recuperación (fluencia) con el fin de saber hasta que rangos de deformación se podrían inducir sin llegar a la falla. Además, en este capítulo se hará mención del Módulo de Elasticidad, como un concepto que en particular define una de sus características importantes: su flexibilidad, valor clave para el estudio del pandeo. En el capítulo 4, último de esta tesis, se hace referencia a los prototipos de conexiones existentes en gran parte del mundo, así como los diseños propuestos en este estudio para establecer una comparación entre la eficiencia de unos y otros. Las pruebas de laboratorio practicadas permiten conformar los modos de fallas críticos en cada caso, que corresponden al trabajo estructural de las uniones. Se prueban en el Taller de Estructuras de la Facultad de Arquitectura de la Universidad Veracruzana, dos cerchas construidas a base de Phyllostachys bambusoidae, con el fin de lograr a escala del módulo de laboratorio para el experimento previsto en un espacio relativamente reducido. Los resultados obtenidos en el cuarto capítulo son suficientes para elaborar las conclusiones de esta tesis donde se pretende sentar un precedente para nuevas investigaciones que mejoren la eficiencia del bambú en las estructuras. Los anexos constituyen estudios colaterales que le dan sustento a esta tesis y que permiten comprender el grado de profundidad para los fines perseguidos.

9

1.- PLANTEAMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN

1.1.- Justificación del objeto de estudio En mi experiencia personal, y por los años que he venido estudiando el bambú y su potencial para uso y aplicaciones en la arquitectura, desde el tema de la vivienda hasta las cubiertas de múltiples formas y desarrollos, pasando por el interiorismo y algunas aplicaciones en la Ingeniería Civil, me he percatado que en el estado de Veracruz, desde el norte hasta el sur, prevalecen las condiciones climáticas de latitudes y altitudes para que prácticamente en la mayor parte de su territorio puedan cultivarse diversas variedades de bambú útiles para un gran número de usos. Dadas estas condiciones favorables que nuestro estado geográficamente tiene con respecto a otras entidades federativas del país, podemos trabajar para lograr la reproducción de las principales especies que necesitamos en muchos campos del quehacer. Desafortunadamente no hay programas oficiales, y solamente en la cuidad de Huatusco existe una empresa denominada BAMBUVER, quienes han iniciado programas de siembra intensiva, destacando entre las especies la Bambusa Oldhamii (oriunda de Taiwán) y la Guadua angustifolia (oriunda de Colombia) como un gran potencial de desarrollo para nuestra región por su adaptación al entorno de nuestro estado. En la región centro norte (Zona de Misantla) hay bambúes endémicos como la Bambusa aculeata mejor conocida como caña vaquera, la que ha resultado ser una gran auxiliar como soporte en los encofrados para sistema de entrepiso con hormigón reforzado.

Podemos a continuación dar algunas razones para justificar el objeto del estudio de nuestra investigación.

a) Las conexiones entre bambúes resultan ser un reto, dada su tendencia a la falla (rajadura) en el sentido longitudinal de las piezas. El bajo costo en la explotación habilitación, tratamiento y transporte del bambú lo hace muy atractivo, principalmente frente a su más cercano competidor: la madera, la cual resulta más cara en todos sus procesos industriales, desde la explotación hasta su consumo. Actualmente la adquisición de una vara de diez metros con un promedio de 6.5 cm. de diámetro de la Bambusa Oldhamii en cualquier lugar de esta región cuesta alrededor de US$1.25, dando un precio por metro cúbico, en estado suelto de aproximadamente US$28.00 en el lugar del corte. El metro cúbico de tronco de madera de pino regular cuesta aproximadamente US$49.00; para ambos materiales si consideramos costos adicionales de corte, limpieza, desperdicio y transporte se podrían alcanzar los precios de US$40.00 m3 para el bambú y US$130.00 m3 para la madera, sin incluir tratamiento ni costos indirectos del distribuidor al usuario. Bajo estos estimados, la relación costo madera/bambú es de 3.25, valor significativo para nuestra justificación. Lo anterior no da verdaderamente una preferencia para la compra del bambú, ya que en muchas ocasiones las actividades de compra y venta dependen mucho de la oferta y la demanda. Hace poco tiempo, dentro de los experimentos que he elaborado, casi agoté un bosque importante de bambú en la zona de Coatepec, haciendo que su precio variara desde 1 dólar hasta 3 ó 4 en el momento en que se terminó con la plantación, por esto, y otras razones, aún no podemos definir a ciencia cierta una relación constante de comparación entre los precios del bambú y la madera.

10

Sin embargo, los que estamos dedicados al diseño y la arquitectura con este material, debemos preocuparnos de que se siembre día a día en nuestra región todas las especies que necesitemos.

b) La maduración del bambú, para su uso es entre 3 y 6 años de edad, contraste con la de la madera, que requiere más de 15 años para iniciar su explotación.

c) Nuestra investigación nos permitirá establecer modelos de diseño de conexiones que ayuden a resolver proyectos de estructuras ligeras de claros hasta donde sea posible su construcción.

d) La solución a los problemas anteriores abre un nuevo horizonte en el uso de

estos materiales con menor consumo de energía desde su producción hasta su operación. La tendencia del diseño con bambú es la de buscar la sostenibilidad del medio ambiente, dándole preferencia a los materiales naturales y de menor costo.

De lo anterior concluimos que en esta tesis se justifica ampliamente la investigación con carácter científico del bambú, analizada en el contexto realista dentro de nuestro medio físico, económico y social lo que permitiría muchas ramas adicionales en la investigación pertinente.

1.2.- Enunciado del objeto de estudio Para su comprensión se enunciará lo que considero es el objetivo principal de esta tesis y los objetivos secundarios que la complementan y le dan sentido. OBJETIVO PRINCIPAL DE LA INVESTIGACION Conocer la naturaleza biológica y física del bambú para estudiar el comportamiento mecánico de su estructura macro y microscópica, con el fin de diseñar mecanismos eficientes en su interacción con otras piezas del mismo o diferente material, mediante la construcción de uniones que permitan resultados congruentes entre el estado de carga y deformación del conjunto. Como objetivos complementarios pero básicos a su vez, podemos considerar los siguientes:

a) Realizar pruebas de laboratorio para conocer las propiedades mecánicas del bambú, en particular la especie Bambusa oldhamii, tales como: resistencia a la compresión, tracción, esfuerzo cortante transversal, longitudinal, así como la resistencia al aplastamiento.

b) Organizar los resultados del apartado (a) con el fin de utilizar índices representativos de la especie estructural idónea para cada caso.

c) Buscar materiales afines con el fin de vincularlos en el diseño óptimo de conexiones.

d) Realizar pruebas de cerchas construidas con bambú y materiales afines, como la madera y conectores metálicos como tornillos, así como conectores derivados del mismo bambú, analizando detalladamente las formas presentadas en cada nudo.

e) Establecer analogías de los resultados de las pruebas de campo para formular conclusiones en relación con el proyecto de conexiones aplicadas a las estructuras ligeras.

11

1.3.- Recursos de la Investigación

Los recursos de la investigación científica para esta tesis se refieren a la información pertinente disponible que permita la realización de este trabajo. Por tratarse de una tesis original, es necesario contar con información de primera mano en español o en inglés según la importancia de las fuentes, predominando los recursos de la experimentación para contrastar la hipótesis de referencia. El recurso del Internet es muy valioso para seleccionar lo mejor de la información pertinente en esta investigación.

1.3.1.- Marco Teórico

Se sabe que determinadas clases de bambú tienen propiedades mecánicas propicias para el empleo en la construcción de algún tipo de estructuras aplicadas en Arquitectura. En su oportunidad haremos referencia a las estructuras ligeras diseñadas con bambú con el fin de establecer una relación directa entre carga y deformación que esté dentro de los parámetros que establecen los códigos de construcción de este país. De lo poco diseñado y construido con bambú en nuestro país, la tendencia ha sido la de utilizar este material para estructuras ligeras aplicando el cemento como materia prima o matriz reforzada con fibras para cubrir la estructura inicial del bambú, y así moldear el conjunto según la geometría lograda, como es el caso de paraboloides e hiperboloides de revolución, en los cuales, su capa o “piel” de cemento se tendrá que adaptar a la irregularidad de la estructura obtenida con el bambú.

1.3.2.- Marco Histórico Para fundamentar el conocimiento del MARCO TEORICO hacemos referencia al Marco Histórico o ESTADO DE LA CUESTIÓN para consultar que se ha hecho en el mundo en relación con las conexiones con bambú y que aportaciones se han realizado al mundo científico. Sin lugar a dudas, China, India y Colombia son los países que mejores técnicas de construcción han desarrollado con el bambú. Los dos primeros en lo que se refiere a la construcción de estructuras de toda índole, que incluyen desde cúpulas hasta puentes colgantes. Por su parte Colombia, en lo referente a la construcción de vivienda y a la aplicación de este material en el aligeramiento de losas de concreto de grandes edificios; técnicas que fueron ideadas por campesinos y constructores oriundos del departamento de Caldas. El centro de investigación de bambú y madera (CIMBAM) de la Universidad de Colombia bajo la dirección de Oscar Hidalgo López ha realizado un manual de construcción con bambú. En el capítulo 4 se describen las conexiones típicas que se utilizan en América del Sur, haciendo énfasis a las que Oscar Hidalgo menciona en su manual.

12

1.3.3.- Hipótesis de Referencia Ya se han delimitado los intereses del conocimiento en relación con el planteamiento del problema en esta investigación dentro del MARCO TEORICO e HISTORICO, por lo cual estamos en posibilidad de plasmar las HIPOTESIS en su forma más adecuada para ser contrastadas en la realidad. Para el caso de las uniones con bambú, y por tratarse de una ciencia empírica, la hipótesis se considera comprobada cuando los datos arrojados durante su contrastación confirman (con determinado margen de error) dicha hipótesis. A continuación se presentan las hipótesis más importantes de esta investigación.

a) Las conexiones entre elementos de bambú en estructuras deben estudiarse

debidamente para conocer qué sucede en ellas cuando se someten a fuerzas externas.

b) Algunos tipos de esfuerzos concentrados en las conexiones entre los elementos de bambú rebasan las resistencias al corte tangencial del material.

c) El comportamiento mecánico de las conexiones de una estructura de prueba bajo carga en laboratorio nos muestra las formas de falla de las uniones y sus miembros que la constituye.

d) En algunas estructuras sometidas a cargas, la falla se inicia en las uniones antes que en los elementos, según el material utilizado en las conexiones.

e) Mediante un diseño adecuado se pueden reforzar los extremos de las barras conectadas para evitar lo enunciado en (d).

f) El diseño de las conexiones debe ser congruente en las estructuras ligeras justificadas en esta tesis, y su comportamiento mecánico tendrá que ser eficiente dentro de los rangos de deformación de la estructura permitidos por los códigos de construcción de nuestro estado.

1.3.4.- Formas de Contrastación Desde el desarrollo de la ciencia moderna, a partir del renacimiento Europeo, cada disciplina o ciencia particular ha intentado un gran número de técnicas y procedimientos para la descripción, explicación y predicción de los fenómenos que se investigan. Sin embargo, todas estas técnicas y procedimientos pueden resumirse bajo cuatro métodos de análisis y contrastación básicos:

1. La observación

2. El muestreo

3. La documentación

4. El experimento

13

En esta tesis cada etapa de la investigación será justificada con acciones que a continuación se esbozan:

1. La observación.- Se dará especial atención a lo que suceda en algunas estructuras en las proximidades a las conexiones con bambúes (rajaduras, deformaciones, etc.)

2. El muestreo.- Se analizarán las muestras necesarias en el laboratorio de pruebas, con el fin de conocer los índices de resistencias a la compresión, tracción, esfuerzo cortante y aplastamiento.

3. La documentación.- Se analizará información documental complementaria para conocer: la anatomía, fisiología, sistemas de preservación y pruebas de laboratorio adicionales que permitan la comprobación de este estudio.

4. El experimento.- Se realizarán los necesarios para conocer los modos de falla de algunas armaduras típicas donde se analicen las diferentes conexiones sometidas a compresión, tracción, esfuerzos cortantes y aplastamiento en puntos localizados.

1.4.- Organización del trabajo. Comentarios Para organizar el trabajo de tesis es necesario ubicarse en la parte medular del tema, el cual nos obliga a conocer muchos aspectos del material principal motivo de este estudio. A pesar de haber planteado el Marco Teórico, el Marco Histórico y las Hipótesis de referencia, considero que hay mucho trabajo que hacer en relación con el bambú, principalmente con las especies que abundan en nuestra región y que reúnen las características necesarias para usarlas en el diseño de las estructuras para cubiertas ligeras. Para facilitar el proceso de la investigación, creo que se puede resumir el trabajo de la investigación en los siguientes bloques de trabajo.

o Conocimiento vegetativo del bambú o Propiedades físico mecánicas del bambú (pruebas de laboratorio) o Diseño de conexiones o Pruebas de campo de las estructuras.

Como es natural, este orden en el trabajo viene desglosado en los capítulos siguientes de la tesis, sin embargo, estos bloques nos muestran el universo del contenido para profundizarlos y acotarlos como se vayan contrastando las hipótesis de referencia.

14

15

2.- ANTECEDENTES

2.1.- El Bambú en el Mundo Los bambúes son plantas maderables o herbáceas que crecen en asociaciones con árboles o arbustos, usualmente en selvas de clima cálido, en bosques mesofítico caducifolio y xerfítico caducifolio del Asia, así como en los bosques tropicales lluviosos o, en el caso de los bambúes herbáceos (bambúes sin tallo rígido), en la sombra de los bosques cálidos; también a lo largo de corrientes o en áreas descubiertas, algunas veces en la sombra de vegetación baja. Usualmente dependen de la humedad, sombra y una temperatura cálida en el medio ambiente. Abundan en los trópicos y subtrópicos del mundo y sólo algunos miembros leñosos (bambúes de tallo duro) se encuentran en zonas de temperaturas frías de ambos hemisferios.

Figura 2.1-1 En la cultura china, el bambú es símbolo de amabilidad, modestia y serenidad; en Vietnam, lo es de un hermano, y en India significa oro verde. Por su parte, en América, tiene una destacada importancia para sus habitantes, al formar parte de su vida, esto se debe a las grandes cantidades de hectáreas que existen en centro y Sudamérica (Varman y Pant, 1981). China, la antigua Birmania y Malasia, países significativamente grandes en el cultivo del bambú, poseen, en conjunto, 19, 800, 000 ha. de bambú, razón por la cual estos países centran su atención en los factores económicos de su producción (Envir.Bamb.Found, 1995). Particularmente en la China la superficie forestal total dedicada al bambú, excluyendo las pequeñas plantas sotobosque o de las zonas alpinas era de unos 3.4 millones de ha., casi el tres por ciento de la superficie forestal total del país, sin embargo, ahora solo quedan 2.42 millones de ha. que representan el 71.2 por ciento de toda la superficie.

16

Por similitud en todos los países neotropicales en cuanto a su latitud, puede tomarse como modelo la historia costarricense del bambú, que nos servirá para entender la importancia de este material. Antes de la llegada de los españoles, la cobertura boscosa en Costa Rica era de un 96 por ciento. Crecían todas las especies de madera finas, había una mayor biodiversidad y, por lo tanto, condiciones ecológicas diferentas a las actuales. En 438 años (1502-1940), el proceso de deforestación apenas había eliminado un 30 por ciento del bosque, pero después de la Segunda Guerra Mundial, la deforestación se incrementó hasta alcanzar niveles de desmonte equivalentes a 50,000 ha./año, lo cual aumentó al 68 por ciento el área desprovista; por lo tanto, se ha sobreutilizado el patrimonio forestal, despreciando el potencial biológico y escénico contenido intrínsecamente en éste, y fomentando el desequilibrio de complejos ecosistemas y cuencas hidrológicas. Así, el impacto socioeconómico del anterior escenario no es nada halagador, pues una proyección del consumo de materia prima hasta el año 2017, señaló que después de 1995 se debería importar madera hasta alcanzar un promedio de dos millones de metros cúbicos por año con un valor aproximado de 350 millones de dólares anuales (Matamoros, 1989). Como respuesta a la rápida desaparición de los ecosistemas, extinción de especies y degradación de cuencas hidrológicas, a partir de los años 70 se inicio el establecimiento legal de áreas silvestres protegidas como parques nacionales y reservas forestales y biológicas, los cuales superan el 25 por ciento del territorio de Costa Rica. En los años 80 se iniciaron programas de reforestación, que tratan de sembrar y a la vez concientizar al ciudadano de la necesidad de conservar y manejar bien estos recursos forestales. El hecho que Costa Rica, Colombia y México pertenezcan al cinturón ecológico tropical (Fig. 2.1-1), que incluye el desarrollo de los bambúes, los favorece ya que existen variedades de tipos de suelos, humedad relativa ideal y precipitación pluvial propicia. La subfamilia Bambusoideae cuenta con más de mil doscientas especies y 70 géneros, además de algunas variedades que existen en todo el mundo (Hidalgo 1974). En Costa Rica, según estudios realizados por Clark (1989) y Widmer y Clark (1991) este número ha variado y presenta ocho géneros y 37 especies de porte mediano y siete géneros y 16 especies de herbáceos, con un total de 15 géneros y 53 especies.

Tanto en Asia como en América Tropical, los bambúes son uno de los componentes más visibles e importantes de la flora, aún los bambúes costarricenses de zonas altas, llamados chúsqueas, tienen una gran diversidad de géneros y comprenden unas 120 especies del Nuevo Mundo (Clark, 1989). Aunque en la cultura oriental el uso del bambú se remonta casi a 5000 años y a mas de 500 años en la América del Sur, no es sino hasta los años 80’s que se inicia el conocimiento de éste cultivo en Costa Rica. En todas estas culturas ha desempeñado una función realmente fundamental en su desarrollo económico industrial, mientras que en Costa Rica, más por desconocimiento, ha sido de los cultivos que ha recibido menos atención por los agricultores e investigadores, considerándosele una planta silvestre ubicada cerca de los riachuelos o en las zonas altas y separadas de la economía agrícola y forestal. A pesar de esta situación, en 1945, el Costarricense Rafael Ramírez, con gran visión futurista, estimuló el uso del

17

bambú como una alternativa de desarrollo de mediano plazo. Posteriormente, se ha comprobado que la escasa atención que se le había dado se asocia con el poco conocimiento existente sobre sus potencialidades económicas.

2.2.- El Bambú en México y en el Estado de Veracruz En México se conocen con el nombre de BAMBÚ, solo a las especies introducidas y cultivadas. A las especies nativas, como el Otate y el Carrizo, difícilmente se les asocia con el bambú y aunque se les han dado usos muy variados, no se han aprovechado tan extensamente como lo hacen en los diferentes países de Asia. En nuestro país no se ha considerado al bambú como un recurso natural aprovechable, y por esto mismo se le destruye y no se fomenta su cultivo, dando preferencia a otras especies consideradas más redituables, ocasionando que las áreas cubiertas por cañaverales vayan disminuyendo y en muchos lugares en donde alguna vez existieron, hayan desaparecido por completo. Una de las actividades más aprovechadas en México en el uso del bambú, ha sido durante muchos años, la producción de muebles y artesanías. Existen pocos talleres ó fabricas en que se emplea el bambú, sólo se localizó una fábrica, FUNCIÓN EN ARTE, S.A.,una empresa que importa tejidos para cortinas (FUA, S.A.) y una población en nuestro estado de Veracruz, MONTE BLANCO, con aproximadamente 25 talleres artesanales dedicados a la elaboración de muebles. De las especies nativas, el otate se utiliza bastante en muebles, aunque su tecnología es aún muy primitiva. Por su parte el carrizo se emplea sobre todo para cestería y además se han iniciado algunos intentos en la construcción de muebles con las técnicas utilizadas en la construcción de jaulas para pájaros y en la misma cestería. En México no se tiene precisado el potencial agronómico de las áreas sembradas de bambú, mientras que, se sabe que existe un número no estimado de hectáreas distribuidas en todo el estado de Veracruz.

2.2.1.- El Bambú en el Estado de Veracruz DISTRIBUCIÓN Los bambúes los podemos hallar en gran parte del territorio Veracruzano, además de otros estados de la República Mexicana. En el ámbito nacional podemos hallar bambú en los Estados de: Chiapas, Tabasco, Oaxaca, Veracruz, Morelos, Tlaxcala, México, Tamaulipas, Nayarit y Jalisco. A lo largo del estado de Veracruz podemos encontrar bambú desde Pánuco hasta Coatzacoalcos y de la costa (a lo largo) hasta regiones como el Valle del Pico de Orizaba, siempre y cuando haya un régimen de lluvia anual apreciable. (Figura 2.2-1) En el cuadro 2.2-1 se puede observar esta distribución, tan solo de las especies que se han colectado y cuya muestra se encuentra en herbario en el instituto de Ecología en Xalapa. Para tener una idea más concreta de esta distribución, a continuación se presentan las regiones dentro del estado de Veracruz donde se han colectado las especies de bambú. Asimismo en el cuadro 2.2-1 se tiene la distribución de las especies

18

cultivadas en México y América con algunas características morfológicas de cada especie. Lugares de registro de existencia de bambú en el estado de Veracruz, según colectas conservadas en el herbario del Instituto de Ecología de Xalapa.

1.- Bambusa aculeata 2.- Bambusa amplexifobia 3.- Bambusa langifobia 4.- Bambusa paniculata 5.- Bambusa vulgaris 6.- Chusquea langeolata 7.- Chusquea muelleri 8.- Olmeca recta 9.- Olmeca reflexa 10.- Otatea acuminata 11.- Phyllostachys 12.- Rhipidocladum racemiflorum 13.- Bambusa oldhamii

Figura 2.2-1

19

Cuadro 2.2-1

DISTRIBUCIÓN DEL BAMBÚ EN ÁMERICA Y MÉXICO

GENERO ESPECIE NOMBRE COMUN

RIZOMA

m. cm. cm. cm.

CLIMA Tipo de

vegetación

Altura sobre el nivel del

mar

m.

LOCALIZACION

SIM

PO

DIA

L

MO

NO

PO

DIA

L

arthrostylidium

*

Clima Mesofitico

Subtropical

América del Sur hasta México

Antillas

arundinaria *

América del Norte

aulonemia *

2200 Brasil a México

bambusa aculeata longifolia

vulgaris

vulgaris striatta oldhamii

Caña brava Cañizo,

jimba Bambú

Bambú amarillo bambú africano

*

20 10

10-

12 14

10-15

4-6

10 8-10

2 1-

1,5

1-1,5

Inf.

20 Sup. 30

Inf. 40 Sup. 50

Selva alta 0-800 Selva

media 0-300 Hasta 1500

Chiapas, Tabasco, Oaxaca Veracruz.

Chiapas, Oaxaca, Veracruz

Morelia, Veracruz, Tabasco Michoacán.

Morelos, Veracruz, Oaxaca, Michoacán.

Chasquea muelleri Carrizo *

1,7 1 Bosque Caducifolio 900-2700

Veracruz, Hidalgo Oaxaca, Morelos.

Phyllostachys bambusoide

*

Orilla de

los rios 200-1500

Colombia, Venezuela

Honduras

olmeca recta

reflexa

Jimba

Jimbilla *

13-15

6-12

5

2

20

Inf. 35

Selva alta 50-300

Selva alta 120-500

Veracruz, Chiapas

Chiapas, Oaxaca, Veracruz.

Phyllostachys aurea Bambú

*

7 3-4 Inf.

4 Sup. 20

China

rhipidocladum racemiflorum Chiquión

*

7-10

0,5-1

Selva media 600-1100

Chiapas, Tabasco, Jalisco Veracruz, Nayarit, Oaxaca.

Yushania (otatea)

acuminata aztecorum

Otate Otate *

7 2,5 1-3

Inf. 20 Sup. 23

Selva baja 300-700

Veracruz Guerrero, Jalisco, Oaxaca

Michoacán.

20

ALTITUD El rango de altitud bajo el cual se desarrollan las especies de la región oscila entre los 0 m. hasta los 2700 m. S.N.M, siendo para cada especie un rango particular que las distingue apropiadamente una de otra. A continuación se describe esta característica de acuerdo a las especies existentes en Veracruz.

Rango de altitudes bajo las cuales se desarrollan especies de bambú en el Estado de Veracruz

ESPECIES ALTITUD (M. s.n.m.)

Bambusa aculeata 0 – 800 Bambusa amplexifobia 0 – 300 Bambusa langifolia 0 – 300 Bambusa paniculata 0 – 300 Bambusa vulgaris 0 – 1500 Bambusa oldhamii 0 -1800 Chusquea langeolata 900 – 1600 Chusquea muelleri 900 – 2700 Olmeca recta 50 – 300 Olmeca reflexa 120 – 900 Otatea acuminate 300 – 700 Rhipidocladum racemiflorum 300 – 1200 Phyllostachys aurea 800 – 2300

Cuadro 2.2-2

CLIMA Debido al amplio rango de altitud en que crecen los bambúes son diversos los climas que podemos reconocer en las zonas de registro de dichas especies, éstas pueden ser desde cálidas hasta templadas con sus subclimas correspondientes, solo se excluye el clima seco ya que algo característico del Bambú es que solo crece bajo la influencia de precipitaciones apreciables.

21

VEGETACIÓN En cuanto a vegetación, encontramos grandes diferencias de acuerdo a la localización de las especies como consecuencia de la altitud y el clima. A continuación se describen los tipos de vegetación circundante en cada una de las especies de bambúes hallados en Veracruz.

Vegetación típica acompañante del bambú según registros de colecta

ESPECIE VEGETACION ACOMPAÑANTE

Bambusa aculeata Vegetación secundaria Selva alta perennifolia Selva mediana subperennifolia Campos cultivados

Bambusa amplexifolia Selva baja

Bambusa langifolia Vegetacion riparia

Bambusa paniculata Pastizal cultivado Selva de galeria

Bambusa vulgaris Selva alta perennifolia Bosque caducifolio

Bambusa oldhamii Selva alta perennifolia Bosque caducifolio

Chusquea langeolata Bosque caducifolio

Chusquea muelleri Bosque caducifolio Bosque de pino-encino

Olmeca recta Acahual de selva perennifolia Selva alta perennifolia

Olmeca reflexa Selva alta perennifolia

Otatea acuminata Selva alta caducifolia

Phyllostachys aurea Selva alta perennifolia

Rhipidocladum racemiflorum Selva mediana subperennifolia Bosque caducifolio

Cuadro 2.2-3

22

SUELO Los bambúes pueden crecer sobre una diversidad de suelos. A continuación presentaremos los más comunes registrados en las zonas donde actualmente se desarrollan las especies de bambúes en el estado de Veracruz.

Tipo de suelo hallado en los sitios de colecta de bambú en Veracruz

ESPECIE TIPO DE SUELO

Bambusa aculeata Arenoso Arcilloso-aluvial Rocoso-pedregoso Volcánico

Bambusa amplexifolia Arcilloso

Bambusa langifolia Arcilloso-arenoso

Bambusa paniculata Arcilloso

Bambusa vulgaris Arcilloso

Bambusa oldhammi Arcilloso

Chusquea langeolata Arcilloso Barroso

Chusquea muelleri Arcilloso

Olmeca recta Arcilloso-barroso Volcánico

Olmeca reflexa Arcilloso

Otatea acuminata Arcilloso Caliza Arcilloso-calizo

Phyllostachys aurea Arcilloso-arenoso

Rhipidocladum racemiflorum Barro Arcilloso-arenoso Roca caliza Aluvial

Cuadro 2.2-4

23

NOMBRE CIENTÍFICO Para el estado de Veracruz y concretamente refiriéndose a los bambúes leñosos, tenemos que son 6 géneros los que se han identificado, 5 de los cuales son nativos y uno, el Phyllostachys, introducido de Japón. A continuación se mencionan estos seis géneros con sus respectivas especies reportadas para nuestro estado:

NOMBRE CIENTIFICO

GÉNERO ESPECIE

Rhipidocladum Rhipidocladum racemiflorum

Bambusa Bambusa aculeata Bambusa amplexifolia Bambusa langifolia Bambusa paniculata Bambusa vulgaris Bambusa oldhammi

Chusquea Chusquea langeolata Chusquea muelleri

Phyllostachys Phillostachys aurea

Otatea Otatea acuminata

Olmeca Olmeca recta Olmeca reflexa

Cuadro 2.2-5

24

NOMBRES COMUNES En lo referente a la denominación común de especies de bambú, es necesario destacar que se puede presentar confusión, ya que un mismo nombre común puede estar asignado a distintas especies, o por el contrario, con más frecuencia se encuentra que varios nombres comunes son asignados a una misma especie. Por tanto, es importante señalar que esta nomenclatura no debe ser considerada como definitoria para la identificación de las distintas especies de bambú con las que sé esté trabajando. A continuación se mencionan algunos nombres comunes con los que se identifican a las diferentes especies de bambú en las distintas zonas donde éstas se desarrollan:

NOMBRE CIENTÍFICO NOMBRE(S) COMÚN(ES)

Bambusa aculeata Tarro Caña brava

Bambusa amplexifolia Tarro

Bambusa langifolia Cañizo Caña brava Jimba Bambú espinudo Jimba espinuda

Bambusa paniculata Tarro

Bambusa vulgaris vulgaris Bambú

Bambusa vulgaris striatta Bambú amarillo

Bambusa oldhammi Bambú africano

Chusquea langeolata Bambú

Chusquea muelleri Carrizo

Olmeca recta Jimba

Otatea acuminata Otate

Phillostachys aurea Bambú

Rhipidocladum racemiflorum Chiquión Chiquilla

Cuadro 2.2-6

25

CARACTERISTICAS En cuanto a las características de altura y grosor de tallo, éstas varían de especie en especie, pero en general puede llegar a medir más de 20 m. de altura y hasta 30cm. de ancho, dependiendo también de las condiciones bajo las cuales se desarrolla. A continuación se proporciona un cuadro resumen con las características de tamaño y grosor de las especies registradas regionalmente.

Características anatómicas del culmo de bambúes que crecen en Veracruz

ESPECIE (Reg. en Veracruz)

ALTURA (metros)

GROSOR (centímetros)

Bambusa aculeata 20 10-15

Bambusa aplexifolia 15 5-7

Bambusa langifolia 10 4-6

Bambusa paniculata 8-12 5-6

Bambusa vulgaris 10-12 5-7

Bambusa oldhamii 10-14 5-9

Chusquea langeolata 6-8 4-6

Chusquea muelleri 1.70 1

Olmeca recta 15 5

Olmeca reflexa 12 2

Otatea acuminata 7 2.5

Phillostachys aurea 7 3-4

Rhipidocladum racemiflorum 7-10 1

Cuadro 2.2-7

26

2.3.- Biología, Anatomía y Estructura

2.3.1.- Biología del Bambú

El bambú es una planta compleja para su estudio, razón por la cual muchas incógnitas fisiológicas no han sido dilucidadas. Desde el punto de vista químico, se sabe que sus culmos no presentan madera como las de las Magnoliales (dicotiledóneas), pero más del 90 por ciento de la hemicelulosa del bambú consiste de una xilana, la cual tiene una estructura única en las Poaceae ya que es intermedia entre la madera y las xilanas de las maderas blandas. Además posee una típica lignina, la cual está constituida por tres unidades de fenil – propano, y de los siguientes alcoholes: p- coumaril, coniferil y sinapil (Higuichi, 1969, 1980). Contiene cerca de 50 a 70 por ciento de hemicelulosa, 30 por ciento de pentosanos y de 20 a 25 por ciento de lignina típica, y las cantidades de sílice van de 0.5 a 4 por ciento en los culmos (Liese, 1987). Estudios recientes también muestran la importancia de las proteínas y aminoácidos en el desarrollo de la yema del rizoma lateral, siendo mayor la cantidad de estas sustancias en la profase y fase primaria, y menor antes o después del período de diferenciación, y más en las yemas de rizomas laterales de 2 a 3 años. Existen 16 tipos de aminoácidos, pero el contenido de treonina es el mayor, y esto es muy positivo en relación con las cualidades de la diferenciación de las yemas laterales. (Chazon et al. 1995) CARACTERÍSTICAS BOTÁNICAS DE LA PLANTA. EL RIZOMA: Se denomina rizoma a las raíces, es decir, la parte subterránea de la planta., la cual le da anclaje, almacena nutrientes y constituye el fundamento estructural de la planta; además de que utiliza como “semilla” para la reproducción asexual. Según la ramificación del rizoma, McClure (1952) propuso los términos simpodial y monopodial para los dos grandes tipos de sistemas radiculares de los bambúes, luego McClure (1967) cambió estos términos por paquimórficos y leptomórficos (Fig. 2.3-1). Este es, por lo general, subterráneo, adquiere diferentes formas y hábitos de crecimiento de acuerdo con el género. Las características del rizoma permiten dividir al bambú en dos grandes grupos: Grupo I (Paquimórfico ó Simpodial) y los del grupo II (Leptomórfico ó Monopodial). Sin embargo, todos estos términos se siguen usando. Los paquimórficos son fisiformes, cortos, gruesos, sólidos y promueven el crecimiento de los culmos en grupos o cepas aglutinadas (macollas). Su cuello puede ser corto ó largo, sus yemas laterales solo producen más rizomas y las yemas axilares solo culmos. Dentro de este grupo tenemos especies como Dendrocalamus giganteus, Bambusa vulgaris, Bambusa oldhammi, Gigantochloa apus, Bambusa textiles, Guadua Chacoensis (Rojas Acosta) Londoño y Peterson, etc. (Fig. 2.3-2 y 2.3-3)

27

Figura 2.3-1

Figura 2.3-2 Figura 2.3-3

Los de tipo leptomórfico son rizomas largos y delgados y raramente sólidos, sus yemas laterales, por lo general están inactivas o, por lo contrario, solamente producen culmos. Pocos producen rizomas y su cuello siempre es corto. Este tipo promueve el crecimiento de los culmos en cepas cubiertas o culmos aislados (McClure, 1967, Hidalgo, 1981) Dentro de este grupo se tienen especies como Phyllostachys aurea, Phyllostachys pubescens, etc. (Fig. 2.3-4). Figura 2.3-4

28

Unas pocas especies presentan una mezcla de los dos tipos de rizomas y son denominados anfipodiales (McClure, 1967). Los tallos o culmos de este tercer tipo son proyecciones del rizoma de forma cilíndrica, con entrenudos huecos separados transversalmente por los nudos que le dan rigidez. Pueden ser estrictamente rectos o con tendencia a arquearse en la parte media terminal, llegando a medir hasta 30m. o más (McClure, 1967, Hidalgo, 1981). Ejemplos de este tipo de rizoma los presentan ciertas especies del género arundinoide (Arundinaria, Indocalamus, Pseudosasa, Shibataea, Sasa, Chusquea Fendleri). LOS CULMOS: Se denomina con este nombre a los tallos o cañas de los bambúes, que se desarrollan a partir de una yema del rizoma y emergen a la superficie con el mismo diámetro que tendrán en la época de maduración, ya que no tienen madera verdadera que crece en grosor, sino que éste y la dureza están dados por la acumulación de sílice, lignina, celulosa y hemicelulosa. Los culmos son cilíndricos con entrenudos huecos (en algunas especies estos entrenudos son sólidos), separados transversalmente por tabiques o nudos donde se acumulan sustancias nutritivas y hormonas, pero a la vez, estos nudos le dan dureza, flexibilidad y resistencia. El desarrollo natural del culmo se produce a partir de la sección apical del rizoma paquimorfo, de la yema lateral del rizoma leptomorfo, de alguna yema de la base subterránea y de la yema distal del rizoma leptomorfo (McClure 1967). Según Ueda, citado por Hidalgo (1974), el tamaño total del culmo se alcanza, en especies del grupo I entre los 80 y 100 días y en el grupo II entre los 30 y 80 días. Las yemas productoras de ramas se encuentran en los nudos del culmo, alternas de un lado del nudo por medio. De acuerdo con el género, puede ser una yema solitaria o una principal rodeada de dos a 150 yemas por nudo, los primordios de cada rama son totalmente independientes (McClure, 1967); Calderón y Soderstrom, (1982). Los culmos difieren según la especie, en su altura, diámetro, espesor de las paredes y formas de crecimiento, también varían los nudos y los entrenudos, aunque ellos crecen sumamente rápido como lo especificamos anteriormente. Entre los cuatro y 12 meses el culmo es muy blando y flexible, y con el tiempo va madurando hasta alcanzar su máximo grado entre los tres y los siete años, así, sus propiedades van aumentando gradualmente hasta llegar a su limite máximo después de tres años. Después de los seis años la resistencia comienza a declinar, el tallo se torna blanquecino, a su vez que se va secando y su rizoma se vuelve improductivo (Hidalgo, 1974-1978. Citado por Montiel Longhi Mayra 1998). La relación longitud-diámetro del entrenudo determina la relativa delgadez del tallo. El largo de los entrenudos varía bastante, siendo menor en la base y en porción terminal de los culmos (León 1986, Montiel Longhi Mayra 1998). HOJAS TIPICAS: Estas hojas en las plantas son consideradas como los órganos vegetativos más importantes por que son las que elaboran las sustancias nutritivas de las plantas. La característica fisiológica principal de las hojas típicas es su adaptación morfológica y especial, según la especie, para ejercer sus funciones fotosintéticas y de transpiración. Según la edad de la planta existe la presencia de pecíolos envainadores con longitudes de 3 a 5 milímetros; lanuginosos, limbos enteros con fina nerviación paralela desde 12,5 cm. hasta 21,3 cm. de largo por 1,4 cm. hasta 3,2 cm. de

29

ancho; oblongos hasta linear-lanceolados según la posición y la edad de la planta, labras por el haz, pubescencia blanquecina ampliamente esparcida por el envés. En una planta adulta se encuentran entre 14 000 y 20 000 hojas que generan un área foliar de 53,55 metros cuadrados, lo que indica la gran capacidad de captación de luz para la realización de las funciones fotosintéticas de la planta. Es importante anotar que no toda área foliar es aprovechada, debido a que muchas hojas se interponen con otras, dificultándoles la captación de luz.

HOJAS CAULINARES: Suelen existir en muchas plantas, estructuras, como las escamas de las yemas, las espinas y los zarcillos que no se asemejan a las hojas típicas de ellas, pero se reconocen como de naturaleza foliar porque se encuentran en los nudos, tienen yemas en sus axilas o por otras razones. Caso típico de las hojas caulinares presentes en los nudos de la Guadua angustifolia. Las hojas caulinares en guadua son órganos foliares modificados de consistencia fuerte y forma triangular con dimensiones estrechamente relacionadas con la edad y la parte de la planta donde se ubiquen. En los tallos comerciales el promedio es de 55 cm. de base por 52 cm. en sus lados, cubiertos por el haz con pubescencia densamente agrupada de color café, labras y de color brillante por el revés, lados rectos y filotaxis alterna ampliamente especializada procurando el mayor grado de protección contra la presencia de lígulas. Cada hoja además de cubrir el entrenudo correspondiente protege hasta 2/3 partes de la longitud del entrenudo inmediatamente superior, alcanza hasta un 30% más de la longitud con relación a la de la circunferencia del nudo donde se ubique envolviéndolo ampliamente. Donde existan nudos siempre sé asociará la presencia de una hoja caulinar, cuya función principal además de proteger tejidos tiernos, es la protección de yemas diferenciadoras de ramas de crecimientos ya sea ortotrópicos o plagiotrópicos. Los rizomas protegidos inicialmente por el suelo, siempre presentan este tipo de hojas en cada nudo, siempre y cuando la presencia de pubescencia, la cual se acentúa a medida que el ápice del rizoma, comienza a emerger. (Fig. 2.3-5) Figura 2.3-5

FLORES: El florecimiento en los bambúes es un tema aún inexplicable que requiere de muchos estudios e investigaciones que definan y aclaren este fenómeno. Mientras algunos bambúes florecen anualmente, otros sólo lo hacen en intervalos comprendidos entre los 3 y 60 años.

Fig. 2.3-6

Mientras la gran mayoría de los bambúes herbáceos son diploides y florecen anualmente, la mayoría de los leñosos florecen una sola vez en muchos años y luego mueren parcial o totalmente, esto se da por diversas causas.

30

En bambúes existen dos tipos de florecimientos:

FLORECIMIENTO ESPORÁDICO: El florecimiento esporádico solo se presenta en plantas individuales de un mismo rodal, comúnmente cada seis meses como es el caso de la Guadua angustifolia, o anualmente en especies como la Arundinaria wrightiana, Bambusa lineata, Dendrocalamus edulis y otro pequeño grupo de bambúes.

También se han observado floraciones esporádicas en Dendrocalamus hamiltonii, Dendrocalamus rongispathus, Dendrocalamus giganteus, Bambusa tulda, Oxytenanthera nigrociliata y en muchas otras especies. Muchas de estas especies también florecen en forma gregaria. FLORECIMIENTO GREGARIO: La mayoría de las especies de bambúes poseen florecimientos gregarios, es decir, cuando florece la totalidad de las plantas de la misma especie presentes en un rodal produciéndose generalmente la muerte tanto de los tallos aéreos como de los tallos modificados en rizomas. Pocas veces algunos rizomas se activan para iniciar la regeneración natural de la especie. Los intervalos en el ciclo de florecimiento gregario varían dependiendo de la especie. En Schizostachyum elegantissimum el ciclo puede ser de 3 años, mientras en Bambusa polymorpha, este puede ser de 60 años, siendo el periodo generalizado entre los 30 y 35 años. En algunas especies de los géneros Phyllostachys y Arundinaria después de un florecimiento gregario solo se presenta la muerte de los culmos pero no la de los rizomas. A la especie Bambusa vulgaris no se le han observado floraciones desde 1810, año en el cual fue descrita en la India. Los florecimientos gregarios generalmente se presentan en varias etapas, en un comienzo aparece un florecimiento esporádico gradual en el cual los tallos retienen sus hojas inicialmente para perderlas progresivamente ante el avance de la floración, hasta que éstas se presentan en el tallo en forma solitaria.

Figura 2.3-7 Después de madurar la semilla, ésta se desprende y finalmente todos los tallos, en diferentes fases de desarrollo, comienzan a secarse de arriba hacia abajo para morir un año después de haber caído la semilla.

REPRODUCCIÓN ASEXUAL: El bambú, por lo general, es capaz de reproducirse asexualmente por medio de las yemas de los rizomas y culmos (Uchimura, 1976).

31

La propagación vegetativa es uno de los medios más seguros para la multiplicación de dones de bambú, ya que permite la obtención de plantas uniformes tanto genética como morfológicamente, lo cual es importante desde el punto de vista económico. Los métodos de reproducción vegetativa tanto de los bambúes del tipo paquimorfo como de los del leptomorfo son similares en algunos aspectos, sin embargo, la experiencia demuestra que algunos de ellos dan mejores resultados para un grupo que para el otro. Además, para un mismo grupo, cada uno de estos métodos tiene sus ventajas y en ciertas circunstancias pueden estar sujetos a limitaciones para la propagación de un determinado bambú. Propagación del grupo I (Paquimorfos).- La propagación de este grupo puede realizarse por cualquiera de los métodos asexuales:

a) División de la cepa y trasplante directo. En este caso, el propágulo está constituido por el tallo completo con ramas, follaje y rizoma, todo lo cual se traslada al lugar de la siembra. Este sistema es el que da mejores resultados por su supervivencia y rápido desarrollo, pero tiene la desventaja de que las cepas deben tener un manejo anticipado y puede ocasionar severos daños a la cepa madre.

b) Por rizoma y parte del tallo. Éste presenta mayores ventajas sobre el

anterior en lo que a economía de material, transporte, facilidades de preparación y obtención del material se requiere, pero las cepas deben tener manejo previo y los rizomas deben tener cierta edad para cada especie. Este método es poco usado al igual que el anterior cuando se quiere hacer un establecimiento comercial de una plantación.

c) Por rizoma solo. Se desconocen los procedimientos, pero Uchimura (1980)

recomienda el uso de rizomas de tres años de edad, pasada ésta, el vigor se reduce y los brotes no crecen. La edad óptima varía dependiendo de la especie. Otro problema que conlleva el uso de estos sistemas es que implica la deforestación y debilitamiento de una plantación para el establecimiento de otra. Además, los altos costos de manejo y pérdidas por deshidratación reducen el uso.

d) Por segmento del tallo. En este caso, el propágulo está constituido por

una sección del culmo con uno o varios nudos con yemas y parte de las ramas (Forest Research Institute, 1974; Hidalgo, 1981; Montiel Longhi Mayra, 1998). Numerosos investigadores concuerdan en que las secciones del culmo se pueden sembrar horizontalmente, oblicua y verticalmente, pero los mejores resultados se dan cuando se siembra en forma horizontal (Gupta y Pattanath, 1976; Uchimura, 1979; Mengga, 1980; Montiel Longhi Mayra, 1998).

Según una modificación de este sistema de siembra horizontal realizado por Lin (1985, com. Pers.), al utilizar culmos de dos o cuatro nudos y con uno o dos entrenudos completos, haciendo una abertura en el entrenudo para adicionar agua y evitar deshidratación, las yemas deben dejarse en posición lateral (Figura 2.3-8), el agujero se siembra a 10 cm. de profundidad y se tapa con una cobertura vegetal (Figura 2.3-9).

32

Figura 2.3-8 Figura 2.3-9 Así, hay mayor absorción, un gran beneficio debido a que el agua proporciona una condición adecuada para prolongar la vida del propágulo y, por ende, la yema tiene más tiempo para romper su dormancia, pero en ningún momento mejora el enraizamiento, (Uchimura, 1979; Hassan, 1980). La semilla vegetativa es lenta en producir raíz ya que la mayoría muere con el proceso. Cuando se usan trozos procedentes de ramas, el proceso se prolonga entre 6 y 30 meses. Luego de un estudio exhaustivo de nueve métodos de reproducción asexual, Flores (1981) concluyó que el método de trozos de culmo sembrados horizontalmente y con una perforación en el entrenudo es el más eficiente para la siembra de grandes extensiones y se puede obtener una buena cantidad de material propagable por cada madre con un mínimo de desgaste. Además, se debe tomar en cuenta que por este sistema primero aparece el brote y luego las raíces y que se deben esperar un año para obtener rizoma que es el que asegura el futuro de la planta. Propagación del grupo II (Leptomorfo): El ejemplo más claro que tenemos en México es el Phyllostachys aurea introducido del Asia (China y Formosa) para ser utilizado en decoración y cercas, y no es, sino hasta hace unos años que se le ha dado la importancia que tiene como materia prima artesanal. Para un cultivo comercial se debe tomar en cuenta varios factores como: clima, temperatura, precipitación y humedad relativa. El caso de P. aurea se debe tomar en cuenta que la altitud de 2000 m. s. n. m. es de su preferencia (Jalapa, Veracruz está a 1450 metros sobre el nivel del mar) ya que produce culmos más gruesos y vigorosos. Si se cultiva en ámbitos de 200 a 800 m. s. n. m. los culmos serán más delgados. La precipitación debe ser alta, de 2500 a 3000 mm. anuales y puede soportar temperaturas que no excedan los 25°C aproximadamente. En cuanto a los suelos, P. aurea es el bambú que mejor retiene los suelos y puede ser plantado en pendientes de hasta 45° (gracias a su sistema interno de raíces que extiende por todas partes, formando una densa red que profundiza los suelos, y protege de la erosión). Las características del suelo condicionan su crecimiento, y por lo tanto, crece mejor en suelos inundados o salinos, sin embargo, puede sobrevivir en una amplia variedad de suelos, mientras tengan buen drenaje, precipitación y temperatura adecuada. Dado que los suelos alcalinos no son aptos, el ámbito óptimo de pH es de 5-6.5

33

2.3.2.- Anatomía y estructura

La mayoría de los bambúes tienen tallos que crecen erectos, unos pocos se extienden, otros tienen hábitos trepadores y otros pocos son herbáceos (Hidalgo, 1974). El culmo, por su delicado tejido, está protegido por brácteas u hojas de forma triangular que lo recubren completamente, éstas se originan en cada uno de los nudos que se van formando y algunas presentan pubescencia (Hidalgo, 1974; Sharma, 1980). La parte externa del culmo está constituida por la epidermis, hipodermis y el parénquina subyacente, los cuales constituyen una capa delgada (Metcalfe, 1960). Internamente a la capa fotosintética (células parenquimatosas que conforman el tejido fundamental) se presentan los haces vasculares, de los cuales hay descritos cuatro tipos (Liese, 1980), que están constituidos por vasos, tubos cribosos con células acompañantes y fibras. Estos haces vasculares difieren en forma, tamaño, número, tipo y localización acorde a la posición en el culmo y a la especie del bambú (Liese, 1980; Tamolang y et al. 1980). Además, estos están acompañados por tejido esclerenquimatoso, el cual posee un alto contenido de lignina que, junto con la sílice, le da la gran resistencia al bambú. Este conjunto de tejidos funciona a lo largo de la vida del culmo, sin adición de algún nuevo tejido conjuntivo como sucede en las maderas duras y blandas por su actividad cambial. Los culmos presentan una estructura física característica que le proporciona una alta relación resistencia-peso, ya que son circulares o casi circulares en la sección transversal, generalmente son huecos, con paredes rígidas transversalmente, que por su ubicación, evitan rupturas a la flexión. En el interior de las paredes del culmo los tejidos son fuertes, duros y de alta resistencia a la tensión y se concentran principalmente cerca de la superficie. En esta posición pueden funcionar con más eficacia, tanto al proporcionar fuerza mecánica como al formar cubiertas firmes y resistentes (McClure, 1996).

34

2.4.- Analogía del bambú con la madera

2.4.1.- La madera como material compuesto

En los apartados anteriores se han descrito importantes características del bambú para nuestra investigación, en este apartado se realizará una comparación de las mismas con las cualidades de la madera, para conocer así las similitudes y diferencias entre ambos materiales. Se va a considerar a la madera como material compuesto, y por tanto nos interesaremos por su estructura, funciones y propiedades. Analizaremos primero su estructura. Estructura de la madera.- Se realizará el análisis estructural de la madera en cuatro niveles:

o Macro estructura.- Es el estado natural de la madera, que se puede observar a simple vista. Su célula elemental nos dará una idea de su estructura.

o Micro estructura.- Observaremos la estructura de la madera auxiliados por un microscopio sencillo.

o Estructura molecular. o Estructura atómica o ultraestructura.

Funciones de la madera.- Para una mayor comprensión consideraremos un esquema de árbol integrado por la raíz, el tronco y las ramas.

FUNCIÓN NUTRITIVA.- Constituida por la propia alimentación del ser vivo que es el árbol. Esta función se realiza a través de una absorción de una dilución de agua más sales minerales, tomada por las raíces. A través de la albura, que es madera joven, se transporta esta disolución de agua y sales minerales, constituyendo la savia bruta de las hojas.

Figura 2.4-1

FUNCIÓN RESISTENTE.- Podemos considerar el árbol como una estructura que posee un empotramiento perfecto en el terreno y que está sometida a una carga horizontal constituida por el viento. Trasladando este esquema de árbol, toda la masa que conforma la copa se encuentra ofreciendo una resistencia a la acción del viento, y por tanto, habrá en el tronco determinadas fibras que están trabajando a flexión.

Figura 2.4-2

C2

CC2

H2O

FOTOSINTESIS

SAVIA ELABORADA

ABSORCION DE NUTRIENTES

HCOH

H2O

CAMBIUM

SAVIA BRUTA

35

Mucho tiene que ver aquí el tema de la constitución del árbol y su sistema de alimentación y transporte de ésta mediante la simulación, a través de una serie de tubos huecos por los que circula la savia. Las paredes de estos tubos son macizas, mientras que su interior es hueco. Podemos asemejarlo a un cilindro, cuerpo que, por otra parte, tiene mejores cualidades estructurales que otra figura diferente.

Figura 2.4-3

Figura 2.4-4 FUNCIÓN DE ALMACENAMIENTO.- La savia elaborada no solamente será transportada a través del cambium, sino por la propia madera. Entonces le surge al árbol la necesidad de poder almacenar esta savia elaborada. Las células de la madera.- Vamos a clasificar las maderas en dos grandes grupos: CONIFERAS y FRONDOSAS, y con un arreglo a las funciones del árbol, así surgirán los distintos tipos de células:

TIPOS DE MADERAS

FUNCIONES

FUNCIÓN NUTRITIVA Conducción

FUNCIÓN RESISTENTE Res. mecánica

FUNCIÓN DE ALMACENAMIENTO

CONÍFERAS (soft wood)

(GIMNOSPERMAS)

TIPOS DE CÉLULAS

TRAQUEIDAS: Fibras aeroladas (Madera de primavera.)

TRAQUEIDAS: De paredes gruesas (Madera de verano u otoño.)

PARENQUIMAS: Forman la estructura radial.

FRONDOSAS (hard wood)

(ANGIOSPERMAS)

VASOS: Distribuidos uniformemente (Madera de haya) Distribuidos en anillos (Madera de roble) POROS Y TRAQUEAS

FIBRAS: Células de tipo de aguja de las que van a depender muchas de las propiedades de la estructura de la madera.

PARENQUIMAS: Forman la estructura radial igual que en las coníferas.

Cuadro 2.4-1

Todo cuanto hemos visto hasta ahora hace referencia a la macro estructura de la madera. Vamos a ocuparnos ahora de su micro estructura.

CORTEZA

LIBER O FLOEMA

CAMBIUM

MADERA O XILEMA

DURAMEN

CORAZON

ALBURA

MEDULA

36

Micro estructura de la madera.- Este concepto se refiere a la especialización de la madera según el tipo de célula, compuesta por celulosa y lignina. Vamos a establecer un cuadro en el que distribuiremos los distintos tipos de células y sus características:

TIPO DE CÉLULA CONÍFERAS FRONDOSAS FUNCIÓN ESQUEMAS TAMAÑO

CÉ

LU

LA

S

LO

NG

ITU

DIN

ALE

S

VASO * CONDUCCIÓN

1=0, 2-1.2,

mm.

ø >0.5 mm.

TRAQUEIDA * SOPORTE +

CONDUCCIÓN

1=2-4 mm.

1/ø =100/1

e=2µ :

primavera

e=10µm :

otoño

FIBRA * SOPORTE

1=1-2 mm.

1/ø=100/1

e>10m.

CÉ

LU

LA

S

RA

DIA

LE

S

PARÉNQUIMA * *

ALMACENAMIENTO

(almidón celulosa) +

ATADO (de vaso y

fibras)

bloques de

200x30 µm.

Cuadro 2.4-2

A la vista de este cuadro podríamos deducir una serie de propiedades muy importantes de las maderas: Densidad, la cual depende directamente de la proporción de las distintas fibras que componen las paredes de las células. Por otro lado, la densidad de la madera

oscilará entre = 0.12 en el caso de la madera balsa y 1.2 Kg/dm3 para el caso de la denominada “palo fierro”, madera dura originaria del estado de Quintana Roo.

Resistencia, que estará en proporción a la densidad y en una cantidad elevada. Estructura Molecular.- Recordemos una escala de longitudes para saber en que escalas nos vamos a mover de ahora en adelante: 1 m. = 103 mm. = 106 µm. = 109 nm. = 1010 A° > (radios atóm.) (micras) (nanómetros) (amstrong) En el caso de la madera que es el que nos ocupa vamos a ver los polímeros que la componen, y lo haremos mediante un cuadro en el que incluiremos el porcentaje de contenido de polímero en la madera, el sistema al que pertenece el polímero, las cadenas que lo forman, el polímero concreto y su función.

POLÍMERO CONTENIDO SISTEMA CADENAS DERICADE FUNCIÓN

CELULOSA 40% - 50% CRISTALINO GRANDES CADENAS

MONOMERO GLUCOSA

FIBRA

HEMI CELULOSA

20% - 25% SEMICRISTALINO CORTAS

CADENAS

POLÍMEROS LACTOSA MANOSA XILOSA

MATRIZ

LIGNINA 25% - 30% AMORFO TRI-

DIMENSIÓN FENIL

PROPANO MATRIZ

Cuadro 2.4-3

37

SISTEMA

CRISTALINO

SISTEMA

AMORFOSISTEMA

SEMICRISTALINO

MICELAS

(tramos cristalizados)

Algunos esquemas:

Figura 2.4-5

Polímeros.- Figura 2.4-6 A continuación vamos a ver y estudiar cada uno de los polímeros que componen la madera. La celulosa.- La celulosa es un polímero cuya fórmula abreviada es (C6H10O5)n y que deriva directamente del monómero GLUCOSA, cuya formula es (C6H12O6). En este proceso de polimerización existe un desprendimiento de agua como refleja la reacción siguiente: C6H12O6 + C6H12O6 + …… + C6H12O6 === (C6H10O5) n + H2O GLUCOSA GLUCOSA CELULOSA La celulosa es un polímero que se da en cadenas largas y cuyo grado de polimerización es alto, entre 8.000 y 10.000, y por tanto se convierte en un sólido. Cuando un grado de polimerización es mediano, se obtendría una sustancia viscosa ó liquida, y cuando es bajo, estaríamos en presencia de un gas.

38

Los anillos básicos y la estructura de la celulosa son así:

Figura 2.4-7 Si en el primer anillo, ese OH estuviera hacia abajo, estaríamos en presencia de la GLUCOSA o almidón. La longitud de la molécula de celulosa tiene 1 = 5.000 nm. = 5 µm. mientras que la longitud de una micela, que es un pequeño bloque, tendría estas dimensiones: 60 X 5 X 3 nm. Si esquemáticamente desarrolláramos una molécula de celulosa, advertiríamos que pasa por regiones de gran cristalización y por otras cuya estructura de unión es muy débil:

Figura 2.4-8

Micro-Fibrilla de celulosa LA HEMICELULOSA: Como hemos visto anteriormente en los anillos que conforman la cadena de la celulosa, la HEMICELULOSA es justamente la mitad. Por tanto es una cadena más corta, menos cristalina y constituye un material de unión, de adhesión y de agarre. En resumen, es una materia cementante. LA LIGNINA: Poco podemos saber de este polímero componente de la madera puesto que es objeto de actuales investigaciones. Se sabe no obstante, que su grado de polimerización es corto, está alrededor de 150, y es por eso que resulta ser un material VISCOSO y PASTOSO cuyo sistema de cristalización es totalmente AMORFO. También se sabe que deriva de feníl – propano y que el 25% de esta lignina es impermeable, el resto se encuentra repartido en las paredes celulares. Pero sigamos estudiando más profundamente LA CELULOSA. Supongamos que tenemos una fibra de celulosa en una escala muy exagerada y que la seccionamos:

39

observamos que existen cuatro partes exteriores y una interior hueca. Levantemos una perspectiva axonométrica de la sección obtenida y veamos los distintos sectores que aparecen:

Un sector PRIMARIO P, que constituye la pared externa de la fibra y cuyo engrose es hacia el interior. Este sector está compuesto por una serie de fibrillas desorientadas sin ninguna dirección.

Un sector SECUNDARIO S1, cuyas fibrillas se orientan de manera que se cruzan.

Un sector SECUNDARIO S2, cuyas fibrillas tienen un determinado tipo de orientación en una sola dirección.

Figura 2.4-9

Un sector SECUNDARIO S3, cuyas fibrillas vuelven a orientarse de manera que se cruzan de nuevo.

La capa ó sector que más engrosa es el S2, dependiendo entonces de ello la porosidad de la madera: cuanto más grueso sea este sector S2, la madera será más porosa y viceversa. Seccionaremos de nuevo en esa axonométrica y fijémonos bien en este sector S2 (Figura 2.4-10). Teniendo este corte vertical, observaremos de nuevo este corte X en el sector S2 y nos parecerá una microfibrilla como ésta (Figura 2.4-11). Figura 2.4-10 Y al seguir investigando en esta micro fibrilla en la sección Y, advertiremos los diferentes anillos y sus uniones de la celulosa. Estamos ante la presencia de un autentico COMPOSITES.

Observemos que nos movemos en unas magnitudes absolutamente imposibles de apreciar de no ser por la ayuda de un microscopio electrónico. Pero aún seguimos la investigación, y demos un nuevo corte transversal Z en la micro fibrilla de celulosa. Ya no nos servirán los microscopios electrónicos. Entonces tendremos que adaptarnos a dos teorías que nos van a determinar dos modelos diferentes de micro fibrillas.

Figura 2.4-11

20-40 m.

P

S1

S2

S3

S1

X

SECTOR 3

SECTOR 2

SECTOR 1

SECTOR

S

S

S

P

40

Una teoría nos da el que llamaremos MODELO A, que tiene el corazón del composite cristalino y aparece dividido en cuatro grupos de tubitos de dimensiones 20 a 30 nm., y cada grupo de 12 X 12 nm. (Figura 2.4-12)

La hemicelulosa está en la parte interior de los tubitos, rodeándolos. La lignina se sitúa en todo el contorno, es decir, alrededor de los tubitos y de la hemicelulosa, envolviéndolos. La otra teoría nos da el MODELO B, cuyo corazón está unido todo él en un solo bloque de 45 tubitos, y al que rodean la hemicelulosa y la lignina ésta, exteriormente. (Figura 2.4-13)

Figura 2.4-12 Este modelo tiene unas dimensiones de 10 X 5 mn., siendo las del propio bloque – corazón de 8 X 3 nm.

Figura 2.4-13

2.4.2.- Resumen Después de visto el tema de la madera como material compuesto daremos un breve repaso en cuanto a lo que nos interesa saber y conocer, como composite, de su composición: Las fibrillas de celulosa serán muy resistentes a TRACCIÓN. Son muy ligeras y poseen una excelente relación tensión-

densidad que llamaremos ø/2 = COTA DE CALIDAD, que permanece constante en cada tipo de madera. La lignina y la hemicelulosa son por el contrario bastante resistentes a COMPRESIÓN. Ambas son menos densas que el hormigón y más resistentes que él a compresión. Las paredes celulares ya vimos que tenían una densidad de 1.5 Tn/m3 y que la densidad de la madera oscilaba entre 0.12 Tn/m3/ balsa y 1.2 Tn/m3 / tropicales. Figura 2.4-14

LIGNINA HEMICELULOSA

MICROFIBRILLA

FIBRA

25

-30n

m

12

nm

LIGNINA

HEMICELULOSA

3n

m

5n

m

10nm

Circulac ion de la savia

Io

41

2.5.- Comentarios

Como se ha visto, se trataron algunos aspectos importantes de la madera como material compuesto con estructura muy definida que mantiene similitudes y diferencias con el bambú y que vale la pena comentar en esta tesis.

Similitudes:

1. Las dos especies pertenecen a la naturaleza de materiales compuestos con

algún grado de polimerización. 2. Los polímeros más destacados en la madera son: la celulosa, la

hemicelulosa, y la lignina. Para el caso del bambú los elementos poliméricos son los mismos pero distribuidos en forma diferente a la madera.

3. Los dos elementos aportan propiedades mecánicas y estructurales aprovechadas en el diseño de elementos para la construcción según la disponibilidad de cada recurso, según la geografía y cultura de cada país.

4. Los dos materiales requieren de tratamiento para la preservación a través del tiempo.

Diferencias:

1. El tiempo de maduración es diferente para el bambú (3 años) que para la

madera conífera (15 años), lo cual representa una ventaja para el primero. 2. El bambú nace y se desarrolla con una geometría aproximadamente

circular y hueca con una variación en diámetros y longitud, según sea la especie a considerar; en cambio la madera en su estado natural se presenta como un tronco de sección aproximadamente circular con diámetros y alturas variables cuya volumetría y peso requiere de procesos de industrialización y aserrado para producir las piezas de uso común.

3. La celulosa en la madera presenta molecularmente fibras y fibrillas orientadas en diferentes direcciones lo cual le da resistencias ortotrópicas muy variadas según sea la zona de donde provenga el elemento estructural; en cambio en el bambú se estudió que las fibras de la celulosa están más concentradas hacia la periferia de la sección cerca de la epidermis formando haces anisotrópicos, es decir orientados longitudinalmente; esto explica su gran resistencia a la tracción y de alguna manera a la compresión. Para el caso de cizalladura, la madera tiene un comportamiento mejor y uniforme que el bambú; en cambio este último tiene muy polarizados los índices de resistencia, al grado que la resistencia al cortante paralelo a las fibras puede ser un 10% de la resistencia en el sentido perpendicular de las mismas.

4. Los costos de operación en ambos materiales resultan muy diferentes, resultando menores en el bambú que en la madera, dado que el primero se usa casi en forma natural y el segundo requiere de proceso industrial para su explotación y uso.

Como conclusión cabe resaltar que el estudio analógico entre la madera y el bambú es necesario para poder entender el diseño y el comportamiento de las uniones entre elementos, usando piezas de bambú combinando con la madera inclusive.

42

43

3.- PROPIEDADES FISICO MECÁNICAS DEL BAMBÚ

3.1.- Introducción

Por datos de información, sabemos que el bambú es un material resistente y sus cualidades están muy por encima de los de la madera, con la gran ventaja de la edad de explotación de esa gramínea que viene siendo de la quinta parte del tiempo de los productos maderables. Existen muchos motivos para estudiar con más detalle las propiedades físicas y mecánicas de este vegetal, y analizar los mecanismos de falla para proponer mejoras que contribuyan al comportamiento óptimo de las conexiones en su interacción estructural con los modelos matemáticos y reales, así como su vinculación con los materiales de apoyo tradicionales, con el objeto de lograr la creatividad espacial con nuevos paradigmas de concepción.

3.2.- Sistemas de preservación Las alteraciones, defectos y enfermedades de los bambúes dependen en gran parte de su calidad de seres vivos. Los tallos, tanto en pie como ya apeados, son materia orgánica que están expuestos al ataque de una serie de agentes naturales y biológicos, que al actuar sobre ellos, pueden alterarlos, transformarlos, estropearlos, afectarlos e incluso destruirlos. Estas acciones, de hecho, acortan la durabilidad natural de los culmos que siempre están expuestos al ataque de los seres vivos que lo rodean. Por otra parte, los procesos vegetativos generadores de alimentos, sumados a factores físicos y ambientales como, la temperatura, la humedad y el oxígeno, favorecen el desarrollo de agentes biológicos que ocasionan frecuentes anomalías y defectos que puedan llegar a depreciar el valor del bambú o menoscabar el fin para el cual se empleó. Ante la degradación de la resistencia natural de los bambúes, debido a deterioros biológicos que disminuyen su vida útil, se hace necesario plantear normas y protecciones químicas que aseguren su utilización durante largos períodos, para que así se reconozcan las bondades, los beneficios y la durabilidad de los bambúes preservados que pueden llevar a la construcción de plantas de tratamientos químicos y por ende al incremento del mercado de bambúes tratados a gran escala.

3.2.1.- Agentes biológicos que deterioran los bambúes

Al igual que las maderas, los bambúes son atacados por agentes biológicos que destruyen o afectan su calidad y resistencia. Estos agentes biológicos se pueden resumir en tres grupos:

o Mohos y Hongos Cromógenos o Hongos Xilófagos o Insectos

44

MOHOS Y HONGOS CROMÓGENOS. Aclarando que tanto los mohos, los hongos cromógenos y los hongos xilófagos han sido ampliamente estudiados en maderas, se hace preciso iniciar investigaciones profundas en bambúes con las cuales se determinen clases de hongos, tipo de daño y forma de degradación. Con fines de adquisición de conocimientos y como posibles enfoques investigativos, se plantean algunos estudios efectuados en maderas, que de alguna forma se deben relacionar con los bambúes. Los mohos y los hongos cromógenos son organismos que no afectan necesariamente la resistencia de la madera, ya que se alimentan del contenido de las celdillas y no de las estructuras que la forman. Estos organismos para atacar, requieren un contenido de humedad superior a la saturación de la fibra, la cual oscila entre 27% y 32% de contenido de humedad. La presencia de los mohos es evidente por un crecimiento algodonoso en la superficie del área infectada. Su color varía desde el blanco hasta el negro. Aparecen cuando hay humedad. Si la zona atacada está seca, pueden ser barridos o cepillados y nunca afectan seriamente la resistencia de las maderas. Este tipo de mohos se aprecia claramente en guadua en las zonas donde hay contacto con áreas húmedas. Los hongos cromógenos, penetran en las maderas impartiéndole diversas coloraciones y afectando ligeramente su resistencia física. Representantes típicos son ciertas especies del género Ceratocystis, causantes de la mancha azul. HONGOS XILÓFAGOS. Estos organismos afectan las propiedades físicas y químicas de las paredes de las células, minando seriamente la resistencia de la madera y provocando pudriciones severas en las áreas infectadas. La mayoría de estos hongos atacan después de que los tallos han muerto, pero hay algunas especies que atacan plantas vivas especialmente a través de heridas por insectos o el hombre. Se consideran tres tipos principales de pudriciones:

1. Pudrición suave ó blanda. Esta pudrición es causada por hongos destructores de celulosa, pertenecientes a los grupos ascomicetos y hongos imperfectos. La pudrición es superficial y degrada la madera hasta adquirir una consistencia grasosa de color oscuro.

2. Pudrición blanca. Los hongos causantes de esta pudrición destruyen todos los componentes de la madera (lignina y carbohidratos). El material residual semeja un esqueleto de madera sin coloración oscura.

3. Pudrición parda. Estos hongos descomponen la celulosa y sus pentosas asociadas, afectando poco o nada a la lignina. La parte atacada se contrae formando hendiduras perpendiculares u oblicuas que dan una apariencia cubicada a la madera podrida. Los dos últimos tipos de pudrición son causados por hongos basidiomicetos.

En bambú, el grupo biológico de los hongos xilófagos es el causante de mayores deterioros, provocando pudrición, debilitamiento e inutilización del culmo en

45

períodos menores a 2 o 3 años. El ataque se presenta cuando los tallos están en contacto con el agua o cuando existen altas humedades y temperaturas mayores de 12 grados centígrados. INSECTOS. En el bambú, los insectos son un problema importante, especialmente en tallos apeados y utilizados en la construcción, por lo que se requiere mucha atención. Dependiendo de las condiciones climáticas, el bambú es uno de los elementos vegetales con gran resistencia a las termitas, siendo menor en áreas en donde hay mucha humedad y temperatura, pero logrando superar la barrera de los 80 años en las paredes de bahareque, debido a la protección de los tallos con mezclas de arcilla y materia orgánica, condiciones éstas que imposibilitan el ataque y posterior desarrollo de los insectos. En estructuras de techo, la resistencia de los tallos a deterioros biológicos puede permanecer hasta los 60 años. La resistencia natural del bambú frente a las termitas no es igual a la que presenta frente a otros agentes biológicos. Si después del corte de los tallos aún conservan mucha humedad, éstos son atacados por coleópteros diminutos llamados comúnmente gorgojos o barrenadores de las maderas. Bajo estas condiciones el ataque se inicia en los primeros meses de instalado el bambú, además de perder paulatinamente sus propiedades físicas en un lapso de 10 años.

3.2.2.- Tipos de tratamiento Los agentes biológicos como los mohos, hongos e insectos son organismos que en condiciones favorables para su desarrollo como temperatura, oxígeno, humedad y alimento, aumentan y causan deterioros notables a los bambúes. Precisamente la preservación tiene por objeto modificar la constitución química de los tallos, haciéndolos no apetecibles para los agentes biológicos o evitando su desarrollo. Esto se lleva a cabo aplicando productos químicos conocidos como preservadores o utilizando métodos no químicos empleados normalmente por nuestros campesinos. Ambos métodos, en esencia buscan bajar el contenido de humedad y cambiar la composición bioquímica de los tallos que son los factores más importantes para el desarrollo progresivo de los agentes biológicos. Es importante repasar algunos aspectos notables de la anatomía del bambú, con el fin de entender los factores que inevitablemente determinan la baja y a veces, dificultosa labor de la preservación química del bambú. ANATOMÍA Y EPIDERMIS DE LOS TALLOS. El proceso de preservación en general en los bambúes es relativamente bajo en comparación con las maderas debido a su estructura anatómica. Según Walter Liese, (1985) en los entrenudos de los bambúes los vasos se disponen axialmente presentándose en una forma aislada los unos de los otros, debido al parénquima, conectándose solamente en los nudos del tallo. Estos vasos son más pequeños y fuertemente compactados hacia la periferia de la pared, aumentando de tamaño y disminuyendo su compactación hacia el interior de ésta.

46

A diferencia de la gran mayoría de las maderas, en los bambúes no hay células orientadas radialmente, formando radios, las cuales son esenciales para un fácil desplazamiento de los líquidos, desde la periferia hacia el interior. En la pared existe una capa especial de células que protegen tanto su parte externa, en mayor grado, como la interna, elementos que dificultan y retardan la penetración de los líquidos con preservativos, que ocupan lugar preferencialmente en direcciones axiales, desde ambos extremos a través de los vasos formadores de la pared del culmo. En los bambúes, la epidermis es dura y cutinizada, cubierta con una capa cerosa que evita la evaporación de agua contenida en un tallo. La dureza extraordinaria de esta epidermis se debe a las incrustaciones de sílice, lignina y cutina. Algunos bambúes tienen tal cantidad de sílice que se usan como piedras de amolar. Aunque esta cutinización natural es un factor de resistencia al ataque de hongos e insectos, e incrementa la resistencia al desgarramiento diez veces más con respecto a los tallos poseedores de paredes celulares ordinarias, es el principal obstáculo para la preservación química, debido a su impermeabilidad. Los preservativos químicos penetran preferentemente por las zonas de los nudos donde las ramas han sido cortadas. Esto indica que para favorecer la preservación química, algunas veces los diafragmas impermeables de los nudos deben ser rupturados con palos, varillas y varillas acondicionadas con brocas, para que el líquido pueda penetrar fácilmente por la zona hueca del entrenudo, se deposite allí y se inicie la difusión desde la parte interna hacia la pared externa del culmo. Como se explicó anteriormente la anatomía del tallo favorece la penetración del preservativo desde adentro hacia fuera de la pared del culmo, a través de las fibras circundantes y tejidos parenquimáticos dispuestos hacia el interior de la pared. Para la preservación de los bambúes existen dos métodos:

o Métodos no químicos o Métodos químicos

MÉTODOS NO QUÍMICOS. Estos métodos tradicionales han sido empleados en el campo por nuestros campesinos quienes han desarrollado ampliamente su sabiduría empírica a través de múltiples experiencias en el recorrer de los años. Son métodos que requieren de poco esfuerzo y para los cuales no se necesitan compuestos ni implementaciones físicas o equipos especiales. COSTUMBRES POPULARES. Las fases de la luna, la hora de corte y el curado son factores que tienen presentes nuestros campesinos como método de preservación, al cortar un tallo. Como podrá analizarse posteriormente, estos principios tan arraigados dentro de nuestras teorías campesinas, en esencia modifican el contenido de humedad y el alimento o composición bioquímica de los tallos, que son condiciones que favorecen o no, el desarrollo de los agentes biológicos. Estos métodos no han sido del todo exitosos, ya que no se logra erradicar al 100% los insectos nocivos.

47

FASES DE LA LUNA. Investigaciones en relación con la ley de gravitación universal, han demostrado que este satélite terrestre ejerce una poderosa influencia sobre los líquidos en general, por lo que si tenemos en cuenta que todos los seres vivientes tienen un alto porcentaje de elementos acuosos en su conformación física, se comprenden los efectos que produce la luna en el contenido de humedad de las plantas, siendo mayor en Creciente y Llena que en Menguante. Cuando mayor sea la fuerza de gravedad, mayor esfuerzo deben realizar los líquidos para ascender, lo contrario ocurre cuando disminuye la fuerza gravitacional. Por ello posiblemente nuestros campesinos sin conocerlo científicamente, cortan los tallos en Menguante, fase de la luna en la cual la atracción de los líquidos por parte de ésta es menor que en Creciente, lo que inevitablemente hace deducir que se están apeando tallos con contenidos de humedad más bajos y por ende con concentraciones bajas de compuestos bioquímicos en sus paredes. HORA DE CORTE. En el día, en la guadua, se han detectado contenidos de humedad mayores en los tallos, en aquellas horas en las cuales la planta se halla más fotosintética y fisiológicamente activa. En las horas de la noche el contenido de humedad baja, debido a que parte del agua es llevada al rizoma o transferida al suelo. Las condiciones anteriores han sido tenidas en cuenta al cortar los tallos unas dos horas antes de que aparezca el sol y la planta comience a absorber el agua necesaria en la ejecución de sus funciones metabólicas, aumentando nuevamente el contenido de humedad de las paredes del culmo. Así, como en las fases de la luna, se están obteniendo tallos en condiciones de humedad y contenidos de alimento relativamente bajos. CURADO. Teniendo en cuenta, tanto la hora de corte como las fases de la luna, después de cortar sólo los tallos apropiados, se someten los culmos al proceso de “curación”. El método consiste en dejar los tallos, una vez cortados en posición lo más vertical posible, apoyados en los tallos no cortados y aislados del suelo, dejándolos sobre su mismo “tocón”, o sea, el pequeño fragmento de tallo que queda unido al rizoma. A esta labor se le denomina vulgarmente como “desjarrete”. Algunas veces el tallo apeado se coloca sobre piedras o soportes y obviamente, por lo difícil de la labor, sin desprenderle las ramas apicales. En esta posición permanecen de 8 a 15 días de acuerdo a las necesidades y condiciones ambientales. Debido a la gravedad, el tiempo de curado y la posición vertical de los tallos, estos empiezan a perder grandes cantidades de agua con soluciones nutritivas asociadas, bajando el grado de humedad de las paredes y pasando, debido al proceso de curado, de altos contenidos de carbohidratos y/o glucosa, apetecidos por los insectos xilófagos, a compuestos alcohólicos y fenólicos que rechazan en alto grado el ataque de los agentes biológicos ya descritos. Como conclusión, los conceptos fases de luna, hora de corte y curado pasan a otro plano, si los tallos apeados se someten a un secado natural o en hornos especiales empleados para bajar el contenido de humedad de las maderas.

48

En aprovechamientos comerciales intensos no se someten los cortes de los tallos a la época de luna, hora de corte y curado. Sólo se analiza y se tiene en cuenta el factor más determinante en la duración de la vida útil de los tallos: su resistencia máxima natural, estado que solo se logra en la única fase vegetativa de desarrollo apta para el corte de los culmos, la fase madura. Así, los tallos pierden humedad e intrínsecamente reducen naturalmente las altas concentraciones de almidones presentes tanto en los nudos como en las paredes de los entrenudos, convirtiéndolos en compuestos no apetecibles a los agentes biológicos. Generalmente estos tallos deben ser sometidos a preservación química que aumenta la vida útil especialmente cuando se van a usar en construcciones, viviendas o artesanías. El curado o el secado al aire es una práctica altamente recomendable antes de la preservación química. AIRE CALIENTE. Colocar algunos culmos encima de los “fogones de leña” utilizados en las cocinas de las fincas y durante algún tiempo, es un método tradicional empleado pero en muy pocas ocasiones. El humo produce oscurecimientos de los tallos, dejando en ellos posiblemente sustancias tóxicas que agregan alguna resistencia al ataque de agentes biológicos; además, el calentamiento puede destruir o descomponer el almidón presente en los tallos. BLANQUEADO. Con éste método se “blanquean” o se pintan con hidróxido de calcio, Ca (OH)2, los bambúes o las esterillas que se emplean en construcciones caseras. La prolongación de la vida útil de los tallos puede incrementarse debido a que la absorción de agua por parte de éstos, es demorada, creándose condiciones adversas para el ataque y desarrollo de hongos. Se adelantan investigaciones a este respecto. En Indonesia a las esterillas de bambú se les aplica alquitrán o brea, luego se les aplica arena muy fina y cuando esta mezcla haya secado, se pintan con cal, o se “blanquean” varias veces. ESTANCAMIENTO O ENCHARCAMIENTO. El método consiste en colocar culmos recién cortados dentro de estanques o aguas corrientes durante algunas semanas. Para que permanezcan sumergidos se les acondicionan piedras. Durante el estancamiento, el almidón y el azúcar de las células parenquimáticas son lavados o degradados por bacterias, lográndose así resistencia contra insectos perforadores. Este método no aumenta la durabilidad contra las termitas y hongos, además, el agua estancada puede colorar o manchar los tallos tratados. MÉTODO EN CONSTRUCCIÓN. Una gran cantidad de daños estructurales se pueden evitar colocando los tallos o las paredes de Guadua y esterilla directamente sobre apoyos de concreto o piedras, evitándose así el contacto con el suelo rico en humedad.

49

Por medio de diversos métodos de construcción se pueden mantener los tallos en condiciones secas a fin de que no ocurra el ataque de hongos. La buena circulación de aire es un factor importante que se debe tener en cuenta cuando se realizan construcciones con bambú. Cuando el bambú se utiliza como poste, especialmente en la construcción de cercas, se ha venido generalizando el uso de brea, alquitrán y bolsas plásticas en aquella parte de la caña que estará en contacto con el suelo, a fin de protegerla contra la humedad y el ataque de mohos y hongos. Los tratamientos anteriores también se emplean en la zona del nudo superior que queda expuesto a la intemperie, o se reemplaza en nudo por una mezcla de arena-cemento, llenándose por lo menos 10 centímetros el entrenudo con el concreto. La experiencia y la tradición conducen a la fabricación de elementos sólidos en los cuales se apoyen las guaduas para evitarles el contacto con la humedad del suelo. MÉTODOS QUÍMICOS. Estos métodos químicos son generalmente más efectivos que los procesos no químicos, pero no son siempre económicos y aplicables en la protección del bambú. Para su utilización se necesitan equipos, infraestructuras adecuadas, empleo de mano de obra especializada y en lo posible preservadores químicos no tóxicos para los seres humanos y animales, sin embargo, ante el empleo creciente de los bambúes en construcciones proyectadas con alto grado de durabilidad y longevidad, se hace necesario proponer estos tipos de tratamientos en todos los países que utilicen el bambú, con diversos propósitos. Para los tratamientos con preservativos químicos se emplean dos tipos de procesos:

o Procesos sin presión o Procesos a presión

PROCESOS SIN PRESIÓN. Aplicación con brocha. Estos tratamientos brindan protección muy limitada y solo se emplean como tratamiento o protección temporal. El bambú algunas veces es impregnado con soluciones de ACPM con sal o formol, cuando se observa el ataque de perforadores, pero este método tiene efectos temporales debido a que hay poca penetración del preservativo, además, el uso de formol ocasiona quemaduras e irritaciones tanto en los ojos como en las fosas nasales afectando el sistema respiratorio de los operarios. Aspersión. En este método se emplean compresores eléctricos o atomizadores manuales con los cuales se riegan los bambúes con preservadores. El tratamiento por este método es poco o nada eficaz, debido a que el bambú así tratado retiene muy poco el preservativo. Su uso más común es en la aplicación de fungicidas antimanchas. En el Japón, la fumigación es aplicada para control de insectos usando Metil-Bromide u otros químicos.

50

Los métodos anteriores pueden ser utilizados para propósitos profilácticos y para la preservación de ataques de perforadores y de mohos de suelo, usando una solución de Borax-Ácido Bórico en una relación de 1:1, muy efectiva especialmente en depósitos de bambú y fábricas de papel. Tratamiento por transpiración de la planta. Recién cortados los tallos con ramas y hojas son colocados en un balde o barril que contenga preservativos. La transpiración de las hojas aún en procesos metabólicos, absorbe la solución hacia los vasos del culmo. La solución con el preservativo debe ser reabastecida regularmente a fin de mantener el nivel deseado. Este método es aplicable sólo en bambúes de culmos cortos o en muy pocos tallos de bambúes de porte alto y con altos contenidos de humedad. Este tratamiento requiere de largos períodos, debido a que los vasos no toman suficiente líquido para preservar las fibras circundantes y las células parenquimáticas, retardándose así el proceso de difusión. Inmersión. Este método es el más empleado para el tratamiento de tallos de bambú debido a su economía, practicidad, simplicidad, número de tallos tratados y alto grado de efectividad. Los culmos cortados y secados al aire son sumergidos en tanques de inmunización, los cuales poseen una solución acuosa con preservativos químicos, generalmente Ácido Bórico y Bórax. Los culmos previamente preparados con la longitud deseada se dejan varios días sumergidos en la solución para que por medio de la difusión, los espacios vacíos presentes en las paredes debido al secado, sean reemplazados por los preservativos químicos, hasta lograrse la saturación máxima de los tallos. La penetración de la solución está correlacionada directamente con la lignificación de los tallos. En los bambúes inmaduros la penetración es factible tanto por la parte externa como la parte interna de la pared del culmo, caso contrario ocurre en bambúes maduros en los cuales la penetración se realiza a través de la cara interior de la pared por ser más permeable que la cara exterior. Esto implica la realización de una leve ruptura de todos los nudos del culmo para que se facilite la penetración del preservativo a través de todos los espacios huecos de los entrenudos, y se proporcione la penetración de la solución desde la cara interna hacia la externa de la pared del culmo, reduciéndose el período de sumergimiento de días a horas. En tallos recién cortados, las concentraciones de los preservativos deben ser más altas pues la absorción de la solución de agua con preservativo es menos en relación al material secado al aire con bajos contenidos de humedad, en los cuales se han encontrado más difusión axial o cuando se alterna la inmersión caliente-frío. Los tratamientos de bambúes seguidos en una solución al 20% de Sulfato de Cobre y Cromato de Zinc, seguido de un tratamiento con una solución al 20% de Dicromato de Sodio, han mostrado resultados exitosos. En Guadua angustifolia se emplea el siguiente proceso de preservación:

51

Se utilizará una varilla de tres octavos o un cuarto de pulgada y de 3 a 4 metros de longitud, la cual se ha condicionado en uno de los extremos con forma de punta, para que la ruptura de los nudos sea más fácil y se evite en mayor grado el rompimiento brusco de los tabiques. Con ésta se realizará un orificio a las guaduas secas y resistentes en cada nudo y lo más cercano posible a la cara interior de la pared del culmo. Para los efectos de este sistema se preparará previamente una solución salina llamada pentaborato, la cual se ha depositado en los tanques de inmunizado. La preparación es la siguiente:

1. Un kilo de Ácido Bórico 2. Medio kilo de Bórax 3. 50 litros de Agua

Una vez realizada la mezcla y después de una buena dilución, se procede a sumergir las guaduas preparadas, por un lapso de 8 horas. Después de este tiempo de inmersión se dejan escurrir durante una o dos horas. Dicha preparación alcanza para 40 metros lineales de Guadua. Últimamente los positivos avances en las construcciones majestuosas con Guadua que están realizando algunos arquitectos, les ha permitido desarrollar otras técnicas de preservación y acabado. Para facilidad de penetración del preservante, a las guaduas secas al aire se les realiza en cada entrenudo y muy cerca del nudo, una perforación, dos por entrenudos, con una broca de 1/16 o 1/32 de pulgada. No se rompen en ningún caso los nudos para evitar posibles pérdidas de resistencia. Luego de haber realizado la operación anterior se procede a sumergir los tallos en una solución compuesta por los siguientes elementos: Por cada metro cúbico de petróleo se agrega:

a) Un fungicida a partir de cobre. b) Un insecticida a base de Diclorvos o Diclorovinil. Estos insecticidas son de

alto poder vaporizante-gasificante, que actúa sobre insectos escondidos. c) Un insecticida a base de Clorpirifos. Actúa por contacto o ingestión. d) Un adherente, dispersante y humectante basándose en polieter alcohol o

alcohol polivinílico.

La relación de los elementos es 1: 1: 1: 0.05 en volumen, y las guaduas se sumergen durante tres días en la solución antes descrita. Una modalidad del sistema anterior consiste en utilizar aceite quemado de desecho de automóviles, y diesel en una proporción en volumen de 5 :1. Taponando las perforaciones con taquetes labrados del mismo bambú. Lo hemos utilizado con mucho éxito en algunas obras de bambú en la ciudad de Xalapa, como han sido: Palapas, Viviendas y Puentes (Véase Anexo correspondiente). PROCESO A PRESIÓN. MÉTODO BOUCHERIE. Según Oscar Hidalgo (1981) este método consiste en hacer penetrar por el extremo del bambú, por presión hidrostática, el preservativo que empuja las soluciones líquidas de los tallos ocupando su sitio. Este tratamiento se

52

realiza en culmos frescos o verdes donde las soluciones acuosas estén aun en movimiento. El método consiste en introducir un extremo del tallo del bambú, sin ramas ni hojas, en el extremo de un tubo de caucho o el de una sección de neumático. Luego el tubo o neumático se llena con la solución de preservativo y se cierra por su extremo superior. El extremo del bambú donde se conecta el equipamiento debe cortarse a ras del nudo además de colocarse el tallo en posición vertical para que se facilite la penetración del preservativo debido a la presión hidrostática. El extremo libre del tubo o neumático puede conectarse a un depósito con preservativo colocado más alto para que el líquido pueda salir por gravedad. En este caso los tallos se pueden colocar en forma inclinada. TRATAMIENTO A PRESIÓN. Este método perfecciona y modifica el método de Boucherie con el objeto de hacerlo comercialmente al tratamiento de bambúes a gran escala, reduciendo el período de tratamiento de varios días a unas pocas horas. Para la utilización del método se usan de 10 a 15 libras de presión en el preservativo contenido dentro de un recipiente cerrado, en lugar de que este penetre sólo por acción de gravedad. El aire a presión asegura una mayor y más rápida penetración y absorción del preservativo, facilitando además la colocación de los tallos en posición horizontal. El recipiente es un tanque metálico, hermético y de diferentes capacidades, se coloca en la parte superior un medidor de presión y una válvula a la cual se le conecta la manguera de aire proveniente de un compresor. (Ver figura 3.2-1)

Figura 3.2-1

En el fondo del recipiente se acondiciona un tubo metálico al cual se le fija un tubo de caucho que sirve para conectar el extremo del bambú al depósito. En el recorrido del tubo metálico se debe situar una llave de paso que regule el líquido preservante.

53

Los recipientes almacenadores del preservativo poseen capacidades desde un litro hasta las necesidades requeridas, según el número de bambúes a tratar al mismo tiempo, debido a que el método soporta ramificaciones metálicas provenientes del tubo central ubicado en la parte baja del recipiente. Pasados unos pocos minutos, los bambúes acoplados al sistema, después de inyectarse el aire al recipiente, dejan escapar gotas de soluciones nutritivas por el extremo opuesto. Después de cinco minutos, el preservativo comienza a salir mezclando con las soluciones del tallo que se tornan oscuras a medida que el preservativo sale, hasta que la coloración del líquido es de igual color a la del líquido del recipiente, estado en el cual el tratamiento debe finalizarse. Los tubos o salidas para cada bambú tienen llaves para cerrar el paso del preservativo una vez terminada la operación o cuando no se utilizan todos al mismo tiempo. El preservativo utilizado puede ser usado nuevamente aumentando su concentración. El tratamiento debe ser continuo por un período mínimo de dos horas disminuyéndose este tiempo a media hora, cuando el tratamiento se realiza con fines profilácticos. Este método ha sido revisado continuamente y es empleado en Costa Rica en preservación de culmos de Guadua. Oscar Hidalgo, reporta que en Puerto Rico, para la aplicación de este método han utilizado los siguientes productos y diferentes composiciones químicas, a saber:

a) Pentóxido de Arsénico + Sulfato de Cobre Cristalizado + Dicromato de sodio, en una relación 1:3:4

b) Sales de Boliden c) Sulfato de Cobre + Dicromato de sodio + Ácido Acético, en una relación

5,6:5,6:0,25 d) Ácido Bórico + Sulfato de Cobre Cristalizado + Dicromato de Sodio, en

una relación 1,5:3:4 e) Cloruro de Zinc + Dicromato de Sodio, en una relación 1:1 f) Cloruro de Zinc + Dicromato de Sodio, en una relación 5:1,5 g) Ácido Bórico + Bórax + Dicromato de Sodio, en una relación 2:2:0,5 h) Ácido Bórico + Bórax, en relación 1:1 i) Pentaclorofenato de Sodio. j) Composición antiséptica a prueba de fuego: Ácido Bórico + Sulfato de

Cobre Cristalizado + Cloruro de Zinc + Dicromato de sodio, en relación 3:1:5:6

Como compuestos químicos, todos son susceptibles de las debidas precauciones ya que muchos son altamente tóxicos y no biodegradables. Las soluciones a, b, c y e, mezclas al 5% de pentaclorofenol y petróleo, combustible para Diesel, pentaclorofenol a 93 grados centígrados y luego enfriado, aceite caliente de creosota, creosota alquitranada, soluciones de petróleo con creosota y pentaclorofenol, son utilizadas para preservar bambúes que estarán a la intemperie o en contacto con el suelo.

54

COMENTARIOS. No dudamos que todos los sistemas anteriormente descritos sean efectivos, sin embargo, dependiendo de la especie de bambú, de las características de la construcción a ejecutar y de los recursos materiales con que se cuente, será factible seleccionar el más adecuado según las recomendaciones de los expertos o los resultados obtenidos en la práctica. Dentro de las experiencias realizadas con los alumnos de la Facultad de Arquitectura de la Universidad Veracruzana, el sistema de la inyección directa del aceite producto del desecho de los autos mezclado con el diesel, ha sido el más efectivo y económico de los sistemas utilizados, en el caso de la Bambusa oldhamii, especie predominante de los bambúes tropicales del estado.

3.3.- Propiedades físicas del Bambú adulto Para lograr obtener datos fidedignos de algunas propiedades físicas del bambú, se escogieron algunas muestras vegetativas de diferente procedencia, resumiendo los resultados en los cuadros 3.3.1 al 3.3.4. A continuación se definirán algunas propiedades físicas importantes: Contenido de Humedad: para cada una de las muestras ensayadas se determinó el contenido de humedad (base seca) por el método de secado al horno. Peso específico básico: consideraremos el peso específico básico como la relación del peso del bambú seco al horno, al peso de agua desplazada por el volumen del tubo de la caña (sin nudo) a una condición máxima de hinchamiento. Peso Unitario Verde (gr/cm3): es la relación entre el peso del tubo de caña al porcentaje de humedad recibida, dividido por el volumen de ese tubo de caña al mismo porcentaje de humedad. SECADO ARTIFICIAL. Se usó un secado consistente de un ducto con una sección de 30 X 30 cm. Por la cual se circuló aire a una temperatura de 106° aproximadamente y a una velocidad de 4m/seg. Para circular el aire se utilizó un abanico centrífugo accionado por un motor de corriente directa. El calor necesario para calentar el aire se suministró por medio de dos serpentines calentados por vapor.

Propiedades físicas. Valores promedio para Bambusa oldhamii cuya procedencia es de Coatepec, Veracruz.- Región de la ciudad de Jalapa, Ver. México

EDAD (meses)

CONTENIDO DE HUMEDAD

(%)

PESO ESPEC. BÁSICO

(peso seco al horno/volumen

verde)

(gr/ cm3)

PESO UNIT. VERDE (peso

verde/volumen verde)

(gr/ cm3)

PESO UNIT. SECO AL HORNO

(peso seco al horno/volumen

seco)

(gr/ cm3)

8 184 0,37 1,04 0,74

12 133 0,48 1,08 0,74

24 150 0,42 1,01 0,72

36 128 0,45 1,03 0,81

Cuadro 3.3-1

55

Propiedades físicas. Valores promedio para Bambusa vulgaris cuya procedencia es de la ciudad de Jalapa, Ver. México

EDAD (meses)

CONTENIDO DE HUMEDAD

(%)

PESO ESPEC. BÁSICO

(peso seco al horno/volumen

verde)

(gr/ cm3)

PESO UNIT. VERDE (peso

verde/volumen verde)

(gr/ cm3)

PESO UNIT. SECO AL HORNO

(peso seco al horno/volumen

seco)

(gr/ cm3)

8 281 0,25 1,01 0,66

12 260 0,29 1,01 0,65

24 152 0,43 1,07 0,76

36 145 0,47 1,12 0,72

Cuadro 3.3-2

Propiedades físicas. Valores promedio para Bambusa oldhamii cuya procedencia es de la ciudad de Jalapa, Ver. México

EDAD (meses)

CONTENIDO DE HUMEDAD

(%)

PESO ESPEC. BÁSICO

(peso seco al horno/volumen

verde)

(gr/ cm3)

PESO UNIT. VERDE (peso

verde/volumen verde)

(gr/ cm3)

PESO UNIT. SECO AL HORNO

(peso seco al horno/volumen

seco)

(gr/ cm3)

12 74 0,55 0,92 1,15

24 62 0,57 0,92 1,05

36 103 0,47 0,93 1,09

48 123 0,44 0,97 1,24

Cuadro 3.3-3

Propiedades físicas. Valores promedio para Phyllostachys aurea cuya procedencia es de la ciudad de Jalapa, Ver. México

EDAD (meses)

CONTENIDO DE HUMEDAD

(%)

PESO ESPEC.

BÁSICO (peso seco al

horno/volumen verde)

(gr/ cm3)

PESO UNIT.

VERDE (peso

verde/volumen verde)

(gr/ cm3)

PESO UNIT. SECO AL

HORNO (peso seco al

horno/volumen seco)

(gr/ cm3)

12 80 0,51 0,93 1,14

24 78 0,52 0,93 1,09

36 72 0,58 0,99 1,04

48 95 0,52 1,01 1,62

Cuadro 3.3-4

56

3.4.- Propiedades mecánicas del bambú

Ya hemos hablado que dentro de las especies estructurales que tenemos en la región, destacan: Bambusa oldhamii, Bambusa vulgaris vulgaris, Bambusa vulgaris striatta, Bambusa aculeata y algunas especies monopodiales, como los Phyllostachys. Éstos últimos tienen muy limitada su presencia en las preferencias estructurales. Para los efectos de esta tesis, le daremos especial atención a la Bambusa oldhamii como especie con mejores cualidades para uso estructural. Dado que el bambú es un tubo circular no perfecto con características y propiedades regulares, por su naturaleza se requiere idealizarlo y asociarlo a modelos matemáticos teóricos, los cuales se tendrán que exponer en este apartado para comprender mejor el comportamiento mecánico del vegetal.

3.4-1- Modelo de resistencia a compresión simple. Efecto de

Esbeltez

Para los efectos de esta investigación, en primer lugar hablaremos sobre el comportamiento del bambú sometido a compresión simple, con el fin de restablecer un criterio en el uso de las piezas de bambú con diferentes longitudes para formar parte de las estructuras cotidianas. PRUEBAS DE LABORATORIO INTRODUCCIÓN.- La finalidad de estas pruebas de laboratorio es obtener resultados de resistencia del bambú en condiciones de estado seco y humedad del ambiente, con el propósito de saber los rangos de rotura de diferentes muestras, para tener parámetros que nos sirvan en el diseño de piezas de bambú en los modelos de ESTRCUCTURAS LIGERAS. Por experiencia en otros países, en el proyecto de estructuras con bambú, la mayoría de las construcciones han sido diseñadas bajo el principio de prueba y error, como lo ha manifestado reiteradamente el arquitecto colombiano Simón Vélez, quien ha diseñado numerosas estructuras arquitectónicas en varias partes del mundo sin que haya aplicado la ingeniería a detalle. Esto no quiere decir que no debamos preocuparnos por los estados críticos del bambú, pero en nuestro medio, de América Latina, y principalmente en México, todavía no está arraigada la cultura de este vegetal, y su manejo aún es deficiente, por lo tanto, su desarrollo científico apenas comienza. El tiempo aclara más respuestas (Anexo B). En una investigación realizada por este que suscribe para obtener el grado de Maestría en Ingeniería de Estructuras en el puerto de Veracruz, cuyo título se denominó: “COMPORTAMIENTO ELÁSTICO-PLÁSTICO DE PLACAS DE CONCRETO REFORZADO CON BAMBÚ. MECANISMOS DE FALLA”, se puede destacar algo que puede ser importante para este estudio. De este estudio se concluyó que el diseño de estas placas se realizó bajo Estado límite de servicio, donde fue necesario limitar las deformaciones del conjunto a la que marcan los códigos de construcción locales, para obtener diseños sin flechas

57

considerables. En estas condiciones, la tensión del bambú a flexión quedó muy por debajo de los índices críticos de rotura, lo que demuestra que el uso del bambú en tubos para elementos a flexión, no está precisamente condicionado a su resistencia máxima, sino a un porcentaje muy bajo, probablemente de un orden de un 20 a un 25% de la rotura. Por lo tanto, no es tan importante una exactitud en la obtención de resultados de las pruebas de laboratorio (Apéndice B). MODELOS DE MUESTRAS A COMPRESIÓN En el INSTITUTO DE ECOLOGÍA de la ciudad de Xalapa, se realizaron pruebas de laboratorio en un número suficiente de muestras de Bambusa oldhamii para someterlas a esfuerzos de compresión simple, cuyo proceso se resume a la siguiente forma: Selección de muestras: se escogieron 196 piezas con diferentes características de geometría (espesor, diámetro y tamaño), cortadas y preparadas. De los tres tramos principales de una vara de aproximadamente 9 m de longitud efectiva, en estado seco y a la humedad ambiental de la zona, se escogieron, bajo este criterio, las siguientes muestras: 70 muestras de tramo basal (3.00 m del 1er tramo) 50 muestras del tramo medial (3.00 m del 2do tramo) 76 muestras del tramo distal (3.00 m del 3er tramo) Las 196 muestras fueron las que se seleccionaron de un número aproximado de 360 en total que se tenían preparadas, desechando 164, las cuales presentaban defectos en el manejo y en el corte. De las primeras 70 (tramo basal) se prepararon y cortaron bajo las siguientes características:

8 muestras en una relación h/e = 2 (donde h = altura en cm; y e = espesor de la pared en cm)

6 muestras con una relación 11/e = 4 6 muestras con una relación h/e = 8 21 muestras con relación h/d = 1 (d = diámetro exterior del bambú) 21 muestras con relación 11/d = 2 8 muestras con nudos en sus extremos (h, d y e variables)

De las 50 muestras del tramo medial, se procedió de igual manera:

7 muestras con una relación h/e = 2 6 muestras con una relación h/e = 4 8 muestras con una relación h/e = 8 21 muestras con una relación h/d = 1 8 muestras con nudos en sus extremos (h, d y e variables, todas en

centímetros)

Las 76 muestras del último tramo (distal) se repartieron de la siguiente forma:

18 muestras con h/d = 1 18 muestras con h/d = 2 20 muestras con 11/e = 2 4 muestras con h/e = 4 8 muestras con 11/e = 8

58

8 muestras con nudos en sus extremos (h, d y e variables)

Los resultados de las pruebas a compresión simple se encuentran en el ANEXO A. RESULTADOS DE LAS PRUEBAS

Sección del tramo

h/e h/d Número de muestras

(n)

Promedio de resistencia a

la compresión

simple (kg/cm2)

Desviación estándar *

(k/c2)

Desviación estándar

(%)

Basal EA+ 2 8 390,19 50,69 13

Basal EA 4 6 405,04 64,84 16

Basal EA 8 6 355,46 63,65 17,9

Basal EA 1 21 608,69 71,85 11,8

Basal EA 2 21 423,37 34,43 8,1

Basal EC 8 366,37 62,57 17,1

Promedio 424,85

Medial EA 2 7 424,65 84,90 20,0

Medial EA 4 6 466,64 94,33 20,2

Medial EA 8 8 747,39 127,59 17,1

Medial EA 1 21 422,71 66,23 15,7

Medial EC 8 337,19 94,69 28,1

Promedio 479,71

Distal EA 2 20 475,90 93,06 19,6

Distal EA 4 4 513,57 122,35 23,8

Distal EA 8 8 699,24 167,88 24,0

Distal EA 1 18 747,34 285,50 38,2

Distal EA 2 18 564,64 139,18 24,6

Distal EC 8 404,96 88,34 21,8

Promedio 567,60

Cuadro 3.4-1

*Desviación estándar = DE = σ (x – x)2 n Nota: EA = Extremos abiertos de la muestra EC = Extremos cerrados de la muestra

59

EFECTO DE ESBELTEZ Partiendo de la base de que los bambúes estarán trabajando bajo esfuerzos de compresión menores que los críticos (fCR), para evitar fallas por pandeo estableceremos las condiciones que se deben cumplir con la esbeltez, basándose en la fórmula de Euler que rige en compresión simple. Fórmula de Euler (Fór. 3.4-1); 1

EI

Donde fCR es el esfuerzo crítico en kg/cm2; PCR es la carga crítica; E es el módulo de elasticidad del material (kg/cm2); A es la sección del bambú (cm2); L, la longitud en centímetros; I es el momento de inercia centroidal (igual para x que para y) en cm4.

Haciendo (r = radio de giro de la sección en cm), tenemos (Fór. 3.4-2)

EI

E

( ⁄ )

E

( ⁄ )

Ecuación que nos sirve para calcular las condiciones de esbeltez máxima permitida para diseñar nuestras piezas en función de:

fCR = Esfuerzo crítico del bambú (se sugiere un factor de seguridad de 2.5)

E = Módulo de elasticidad del bambú (kg/cm2) [Véase apartado correspondiente].

L = Longitud en cm.

r = Radio de giro en cm.

√

Podemos analizar la fórmula de Euler para el caso del Bambú (Bambusa oldhamii) tomando en cuenta los siguientes aspectos:

a) El bambú es una barra de forma cilíndrica, aproximadamente, que tiene una variación de diámetro a lo largo de su longitud total. Para los efectos de su longitud útil y práctica, ésta es de, más o menos, 6 metros, tramo donde las diferencias de diámetros y espesores se mantienen hasta en un 80%.

b) En los puntos de discusión y comentarios anteriores, ya se expresó que, de acuerdo a los resultados de las pruebas de laboratorio, existen variaciones diversas en relación con las resistencias dentro del mismo tallo; se pueden considerar éstas con valores muy cercanos a los apropiados para el diseño de flexo compresión.

c) La separación de nudos en el tramo útil de un tallo a otro puede ser otra causa de variación en el índice de resistencia a pandeo.

Podríamos seguir agregando comentarios alusivos al bambú para su trabajo a flexo compresión (pandeo); sin embargo, para efectos de aplicación, podemos utilizar una

(cm4) (cm2)

60

resistencia conservadora, con el fin de proponer un diseño adecuado a la aplicación correspondiente. Para entender mejor el empleo de la fórmula de Euler, discutiremos las variables que intervienen para el caso del bambú.

E

( ⁄ )

El módulo de elasticidad E podría considerarse para el caso del Bambusa oldhamii, con un valor promedio de 76,000 kg/cm2, para una longitud L de 300 cm. Podemos calcular un radio de giro r para un tallo de 7.5 cm con paredes de 1 cm, de la siguiente manera:

Y

X

7,5

5,5

Cálculo de variables:

√

(

)

( )

(

)

( )

IXX = 110.39 cm4 A = 20.42 cm2

√

Sustituyendo los valores en la fórmula, para un valor de L = 300 cm;

( ,000)

( ⁄ )

(cm)

61

Antes de discutir el resultado del esfuerzo crítico de pandeo para el caso anterior, se comentará, en primer lugar, que la longitud efectiva L del bambú se considera como doblemente articulada, sin restricciones de empotramiento alguno, que es el caso común cuando el tramo de bambú puede trabajar como pie derecho en una cimbra o con el peso del hormigón fresco. Puede suceder otro caso de L, donde podría considerarse una longitud efectiva diferente según sean las condiciones de apoyo. Ahora si podemos comentar el resultado del esfuerzo fCR = 44.86 kg/cm2, valor que comparado con el promedio de resistencia a la ruptura del bambú de 450 kg/cm2 en compresión simple, y un factor de seguridad de 3, tendríamos una resistencia de 150 kg/cm2. Sin embargo, la capacidad crítica PCR, para el bambú citado, de 3 metros de longitud, sería:

( ) Para entender este resultado, habría que utilizar un factor de seguridad mínimo de 2, para calcular la capacidad de carga de trabajo de esta pieza.

Se podría redondear a 450 kg, valor que serviría para diseñar la vara como pie derecho, sin restricciones. Con estos resultados se puede diseñar la separación entre pies derechos de una manera conservadora. Cabe mencionar que no se ha tomado en cuenta la presencia de los nudos o tabiques que contribuyen a incrementar la capacidad útil de la pieza al pandeo. En el caso de usar el bambú en el diseño de muros, podríamos restringir la longitud con elementos rigidizantes perpendiculares (contravientos).

62

DISCUSIÓN Y COMENTARIOS De los resultados anteriores se pueden hacer los siguientes comentarios:

1. La desviación estándar en la parte basal tiene un intervalo comprendido entre 8 y 18 % de dispersión, relativamente bajo, probablemente debido al manejo y a las condiciones físicas de las muestras. En cambio para la zona MEDIAL y DISTAL, donde los porcentajes variaron, en la primera de 15.7 a 28.1%, y para la segunda, de 19.6 hasta 38.2 %, lo que nos indica probables condiciones diferentes en cuanto a sus características físicas.

2. En relación con los promedios de resistencia en los 3 tramos en que se divide un tallo completo, podemos comentar, que el bambú en su parte basal, tiene menor resistencia que la zona medial y distal, esto puede tener una explicación: el bambú en su parte basal tiene mayores espesores que la zona intermedia y que la distal; pensando en que el números de fibras anisotrópicas pueda ser la misma a lo largo del culmo, la reducción de los espesores puede traducirse en disminución de la lignina predominante en los bordes interiores que le da menor sección transversal al tubo con el mismo número de haces fibrosos, lo que ocasiona mayor resistencia a la compresión como a tracción y cortante. En suma, esta cualidad o circunstancia física puede ser positiva para pensar en que la parte distal del bambú se pudiera usar para elementos de refuerzos en las conexiones entre bambúes dispuestos de diferente manera.

3. En relación con las muestras cerradas por ambos extremos con características geométricas variables tanto en diámetros, espesores y longitudes, podemos decir que éstas son las más representativas del trabajo de una vara de bambú en la realidad, por lo que se comenta al respecto que el tipo de falla en general ha sido por pandeo hacia adentro y en algunos casos hacia el exterior, pero en ambos casos los resultados han dado valores relativamente bajos en resistencia, lo cual nos permite tenerlos en cuenta como valederos en un momento dado, ya que en el capítulo 2 se habló de la variación que tenemos en sus características geométricas y anatómicas a lo largo de su longitud. Por otra parte, se aprecia, que los índices de resistencia en las muestras cerradas han sido menores que en las muestras abiertas, explicando esta situación, debido probablemente al cambio geométrico en la orientación de las fibras anisotrópicas, generando puntos vulnerables a la falla o rajadura, lo cual nos hace pensar probablemente que la zona de los nudos pudiera ser perjudicial en el comportamiento mecánico del bambú.

4. Debido a que las diferencias en los índices de resistencias son menores

que en las desviaciones, se considera que para los efectos de esta tesis

no son significativas, con la finalidad de establecer una resistencia

nominal para el diseño de las piezas de bambú en las estructuras

ligeras. A este respecto, probablemente no me atreva a dar un factor

de seguridad como lo es en el caso de la madera, debido a que en el

diseño con bambú, predominan más los efectos de servicio

(deformaciones, vibraciones y agrietamientos) que de resistencia.

5. La esbeltez del bambú es un fenómeno que se puede manejar

adecuadamente con restricciones en su altura cuando sea necesario.

63

3.4.2- Modelo de resistencia al cortante El esfuerzo cortante desarrollado en la mayoría de los materiales estructurales es una consecuencia de otros estados de carga, generalmente de la carga axial. Para los materiales isotrópicos el problema del esfuerzo cortante es menor, puesto que los índices de resistencia son aproximadamente iguales en los tres ejes dimensionales, aún en la madera, podríamos decir que por tener una esencia de masa activa, el esfuerzo cortante se puede controlar y limitar; sus fibras se extienden también en forma ortotrópica y prácticamente no reforzamos sustancialmente los elementos de madera para resistir el esfuerzo cortante. Sin embargo la naturaleza del bambú es anisotrópica, es decir, orientación lineal de las fibras a lo largo del eje longitudinal de la barra, creciendo la resistencia transversalmente; en tanto los tabiques o nudos le proporcionan una rigidez al bambú a la flexión y al pandeo lateral. La especie mas adecuada por la gran resistencia al cortante, es la Guadua angustifolia, natural de Colombia y Costa Rica, y ahora con muchas expectativas de cultivo en México, ya que los entrenudos (separación de tabiques) son entre 15 y 20 cm., no sucediendo así con la Bambusa oldhamii, cuyos entrenudos pueden medir hasta 60 cm. o más en esa edad adulta. DIRECCIÓN A LAS FIBRAS ANISOTRÓPICAS Se tomaron muestras de Bambusa oldhamii en estado seco procedente de la región de Coatepec, Veracruz. Se tomaron un total de 6 muestras con características propias cada una.

o Rango de carga: Se seleccionará de acuerdo con la geometría de la especie.

o Límite de prueba: La prueba se dará por terminada a la falla de la probeta.

o Descripción de la falla: La falla se deberá esquematizar en la hoja de resultados. Cuando la falla en la probeta se extienda hacia atrás de la superficie portante, la prueba se deberá rechazar.

o Contenido de humedad: La porción de la probeta que se desprenda al finalizar la prueba, se usará para determinar el contenido de humedad.

o Registro de datos: Se deberá anotar en forma vertical todos los datos obtenidos.

A continuación se presenta un cuadro con 6 muestras de la especie Bambusa oldhamii.

Resistencia a la ruptura al esfuerzo cortante Fibras en el sentido longitudinal

Muestra Superficie corte

(cm2)

Carga máxima aplicada

(kg)

б (Esfuerzo cortante) (kg/cm2)

Observaciones (Bambusa oldhamii)

1 5,72 450,00 78,67 ZONA: Monte Blanco,

Veracruz.

2 6,096 325,00 53,31 ZONA: Monte Blanco,

Veracruz.

3 5,83 305,00 52,31 ZONA: Monte Blanco,

Veracruz.

64

4 4,61 270,00 58,56 CONDICIÓN: Seca

5 5,019 300,00 59,77 CONDICIÓN: Seca

6 3,54 242,00 68,36 CONDICIÓN: Seca

Cuadro 3.4-2 DIRECCIÓN PERPENDICULAR A LAS FIBRAS ANISOTRÓPICAS Para lograr estas pruebas nos auxiliamos de pernos cuidadosamente colocados para evitar fisuras previas. También se utilizaron algunas placas de madera de pino de primera para puntear y traducir la carga axial a carga de cortante en las zonas de contacto con la superficie lateral del perno. Se probaron 8 muestras de Bambusa oldhamii en estado seco y con una humedad de 15 %. En el apéndice A, apartado 3, aparecen las pruebas de laboratorios de 8 muestras en condiciones similares de estado físico y humedad, tomadas de una misma cepa (matorral) de Bambusa oldhamii de la región. A continuación se presenta el gráfico 3.4-1, de variación de la resistencia al esfuerzo cortante con respecto al número de elementos que se probaron, obteniendo un promedio de 256.03 kg/cm2, valor muy por encima del obtenido para el cortante en sentido de las fibras.

Gráfico 3.4-1

324.67

302.3

256.6

281.84

197.47

219.6

198

267.37

0

100

200

300

400

1 2 3 4 5 6 7 8Res

iste

nci

a p

erp

end

icu

lar a

l sen

tid

o d

e la

s fi

bra

s (K

g/c

m2 )

Número de Probeta de Bambusa Oldhamii (Resistencia promedio 256.03 Kg/cm2)

Gráfico de Variación de Esfuerzo Cortante

65

DISCUSION Y COMENTARIOS Se puede comentar en el caso del cortante paralelo a las fibras lo siguiente:

a) La mayor parte de las muestras fallaron entre 50 y 60 kg/cm2, hubo solo una que alcanzo cerca de 80 kg/cm2.

b) La falla se interpreta como una rajadura de las fibras, abriéndose a lo largo de las mismas. Se puede catalogar como frágil.

c) Habrá que investigar que factor de seguridad sea el más adecuado para diseñas a flexión.

d) Las deformaciones, prácticamente se consideran despreciables. Realmente la falla por esfuerzo cortante es una de las más importantes en el comportamiento mecánico del bambú, ya que determina el diseño de los apoyos de las parrillas para sistemas de piso. En lo referente a las pruebas de cortante en el sentido perpendicular a las fibras, se puede comentar lo siguiente:

a) Los rangos de carga fueron más altos que las pruebas de cortante en sentido de las fibras.

b) Las deformaciones registradas también se consideran despreciables en este sentido.

c) La falla se traduce en una rajadura longitudinal en el sentido de las fibras y en un aplastamiento en sentido perpendicular con un abultamiento de los bordes.

d) Las probetas utilizadas en este caso, fueron de paredes relativamente delgadas. Es de notarse que en las muestras 6 y 7, los resultados de resistencia fueron muy bajos, su estado era tierno (1 año) y verde (no seco).

COMENTARIOS GENERALES En términos generales se puede concluir que la resistencia al esfuerzo cortante del bambú es más pequeña en el sentido de las fibras que en el sentido perpendicular a las mismas, sin embargo el resultado es el mismo: rajadura de las fibras en sentido longitudinal. Esto es muy importante para el diseño de conexiones, ya que la perforación del bambú y el uso de pernos, propicia condiciones ideales para la falla al esfuerzo cortante. Se tendrá que pensar en restringir las deformaciones tangenciales debido al efecto de poisson, con cintas adheribles, enrollando el bambú para proteger al mismo de las grietas longitudinales. En las conclusiones generales ampliaremos más los comentarios enfocados a las propuestas para lograr un mejor diseño de conexiones sometidas a diferentes estados de carga.

3.4.3.- Resistencia a la tracción

Dado lo complejo que resultan estas pruebas de tracción, a continuación se presentan algunos resultados interesantes que el profesor Janssen (1980) elaboró para tener una idea cercana de lo que podría ser la resistencia mencionada del bambú, con otras especies similares a la Bambusa oldhamii.

66

Propiedades de diseño de diferentes materiales estructurales y el bambú*

Material Resistencia de diseño (R) kg/cm2

Masa por volumen

(M) kg/m3

Relación de resistencia

(R/M)

Módulo de elasticidad (E) kg/cm2

Relación de rigidez (E/M)

Concreto 82 2400 0,032 127400 53

Acero 1630 7800 0,209 2140000 274

Madera 76 600 0,127 112000 187

Bambú 102 600 0,170 203900 340

Cuadro 3.4-3 *Tomados de la pág.: http://www.ingersoll-rand.com/compair/ap-may97/bamb-4.htm

67

De otro estudio realizado por Janssen (1980) con la especie Bambusa blumeana los valores de resistencia obtenidos con pequeñas probetas son los siguientes:

Propiedades mecánicas de Bambusa blumeana en condición seca

Resistencia a compresión, kg/cm2 825

Resistencia a flexión, kg/cm2 856

Módulo de elasticidad, kg/cm2 203873

Resistencia en cortante paralelo a la fibra, kg/cm2 23

Resistencia a tracción, kg/cm2 2038 -3058

Cuadro 3.4-4

Abd. Latif Mohmod et al. (1993) realizaron ensayos con la misma especie obteniendo valores de resistencia para material de 1, 2 y 3 años de edad y a diferentes alturas de tallo definidas como base (B), parte media (M) y extremo (D). En el cuadro 3.4-5 se presentan los resultados de este estudio con respecto a la resistencia de esta especie de bambú, donde se observa que la resistencia varía con respecto a estos dos factores.

Promedio de las propiedades mecánicas de la Bambusa blumeana en condición verde

Propiedad Edad

1 año 2 años 3 años

B M D B M D B M D

Cortante, kg/cm2 41 46 47 44 47 48 47 50 51

Compresión paralela a la fibra, kg/cm2

200 213 226 228 272 283 258 283 294

Esfuerzo en el límite de proporcionalidad,

kg/cm2 216 241 235 238 244 403 243 245 431

Módulo de elasticidad, x 1000

kg/cm2 29 30 45 31 33 46 35 36 59

Módulo de ruptura, kg/cm2

1043 755 477 1345 931 638 1631 1141 757

Cuadro 3.4-5

Tomado de Abd. Latif Mohmod, et al.

Finalmente para completar la información y efectuar una revisión comparativa entre las propiedades de diferentes especies del bambú y de lugares diferentes se presentan en el cuadro 4.3-6, resultados de estudios efectuados en Colombia con la Guadua angustifolia en condición seca.

68

Promedio de las propiedades mecánicas de la Guadua en condición seca

Especie

Tracción, kg/cm2 Compresión,

kg/cm2

Módulo de elasticidad

kg/cm2

sin nudo con nudo sin nudo con nudo

mín máx mín máx mín má

x mín

má

x mín máx

Guadua macana 970 1659 943 1429 606

689

525

660

- -

Guadua de Castilla

1020 1560 548 1045 - - - - 107000 173000

Cuadro 3.4-6 Tomado de Hidalgo (1978)

Revisando los valores de resistencia presentados en las tablas, se observa que el bambú tiene propiedades mecánicas muy altas con relación a la madera y aún con el concreto. Esto le da un potencial estructural excelente que poco se explota en el mundo, excepto por algunos países que tienen larga tradición en su uso como son India, Malasia y China; y apenas hace pocos años en el continente americano en Colombia y Costa Rica se han iniciado estudios de gran alcance para utilizar sus recursos de bambú para satisfacer necesidades de vivienda así como de estructuras para otros fines. Sin embargo, a mi juicio, considero que la aplicación del bambú en las estructuras es un proceso que evoluciona paulatinamente según vaya uno conociéndolo, tanto en sus cualidades como en sus limitaciones, razón por la cual debemos ser muy cuidadosos en el uso del bambú a tracción.

3.4.4.- Flexión del bambú. Mecanismo de fluencia

Para desarrollar esta sección que representa una parte importante en esta tesis, fue necesario ratificar a la especie Bambusa oldhamii como idónea para desarrollar el trabajo mecánico a la flexión, dado que su microgeografía (clima, altitud, latitud y configuración orográfica) dentro de México, aunado a sus propiedades mecánicas como son: la resistencia a la compresión simple, a la flexocompresión, al esfuerzo cortante paralelo a las fibras y en el sentido de las mismas, su módulo de elasticidad y algunas propiedades físicas y químicas, representan parámetros necesarios para el estudio de la flexibilidad del bambú. Así como también sus deformaciones elásticas, sus deformaciones elasto-plásticas y residuales, los mecanismos de falla solos y cuando se interaccionan con el concreto, su comportamiento bajo la normatividad de los reglamentos y desde luego la durabilidad de las estructuras y el riesgo ante el fuego, intemperismo y acciones como viento y sismo, son magnitudes importantes a tomarse en cuenta para discutir resultados. La flexión del bambú hasta el punto de la falla, está regida por la resistencia al cortante transversal, presentada a la mitad de la sección del tubo, de acuerdo a la variación del esfuerzo cortante en una sección cualquiera de una pieza sometida a dicha flexión. Sin embargo, el estudio de la fluencia del bambú es necesario conocerlo más a fondo ya que posiblemente podamos normar un criterio cuando la posición deformada del bambú permita elongaciones de tipo plástico sin que se rebasen los límites de seguridad establecidos.

69

MECANISMO DE FLUENCIA PARA EL BAMBÚ Se entiende por mecanismo de fluencia, el deslizamiento lento bajo la aplicación de cargas constantes y recuperación en un sistema para analizar como se recupera la deformación después de desaparecer la carga aplicada. La fluencia y recuperación tienen que ver con la deformación a largo plazo, para el caso del bambú con la curvatura. Para la construcción de edificios es importante este conocimiento, ya que no tan sólo la deformación instantánea que se produce por las cargas, si no también las deformaciones después de 10 o 20 años de uso constante, que son las que pueden afectar a elementos no estructurales, precisamente, cuando no se conocen a fondo las propiedades elastoplásticas de un material. La investigación sobre la fluencia del bambú, sin embargo, es poco escuchada. Para descubrir este mecanismo, se ha usado un modelo con madera llamado “modelo burger” comúnmente aplicado, ya que la madera citada tiene una estructura similar con el bambú, se puede adaptar para nuestro caso. El modelo matemático está dado en la Figura 3.4-1 (Lindberg a. o. 1972, Colman 1968). En la figura 3.4-1, el primer elemento, E1, significa un resorte equivalente al módulo de elasticidad, en realidad representa el esfuerzo elástico que une a las moléculas, también, la vinculación a lo largo de los valores equilibrados. La región cristalina de la celulosa está aislada, pero se considera que tiene las propiedades de un resorte. El segundo elemento, n1, representa el deslizamiento molecular debido a la movilidad de las partículas poliméricas. En este modelo se esquematiza un amortiguador que representa el comportamiento amorfo de la lignina. El tercer elemento, el resorte E2, representa la recuperación de la fuerza debido a la agitación térmica del movimiento caótico de los electrones libres de la cadena de segmentos.

Fig. 3.4-1 El cuarto elemento, el amortiguador n2, representa la resistencia de la cadena polimérica, ya sea en forma de resorte o no. Con este modelo, un diagrama de deformación-tiempo puede aproximarse como lo muestra la Figura 3.4-2.

70

Fig. 3.4-2 Diagrama de Esfuerzo-Deformación

ε(t)= σ + σ + σ - σ (t-e –E2t/n2)

E1+E2 E3 n1 E2

Donde:

ε Deformación unitaria

σ Esfuerzo unitario

E1 = Módulo de elasticidad molecular

E2 = Recuperación

En publicaciones relacionadas con este fenómeno, algunos autores reportan con

relación al término llamado “factor de pérdida”, denominado tang δ E1/E2, es el

cociente entre el módulo elástico instantáneo sobre el módulo elástico retardado (Lindberg). MÉTODO EXPERIMENTAL Para este método las pruebas fueron realizadas en la Universidad Tecnológica de Eindhoven en Holanda, por el Dr. J.J.A. Janssen. Las cuales fueron llevadas en toda la longitud de los tallos. La especie ensayada es Bambusa blumeana, de Filipinas, condicionada a una humedad del 70% y 20°C de temperatura. Su densidad es de 823 kg/m3, con desviación estándar de 119. Este método está representado en la Figura 3.4-2.

σ

E2

ε Strain

σ

E1 σ t1

n1

σ

E2

σ

E1

σ (t-e –E2t/n2)

E2

ε = σ t

n1

Time

71

El método es una prueba de encurvamiento de cuatro puntos.

Fig. 3.4-3

Resultados: Una prueba típica como muestra la Figura 3.4-3. La deformación ha sido medida en el centro de la pieza de bambú. La carga ha sido aplicada en dirección de la deformación. La fluencia y la recuperación han sido probadas bajo dos aspectos:

1. Cargando una hora (fluencia), una hora y media descargada (recuperación); repitiendo 3 veces con una duración total de 6 horas en 10 culmos.

2. Cargando dos meses (fluencia), mes y medio descargando (recuperación); repitiendo tres veces con una duración de 14 meses, en 24 culmos diferentes.

Este reporte trata con la primera serie de pruebas. De la siguiente información los valores para E1, E2, n y n2 han sido calculados y comparados con la masa por volumen (p en kg/m3 en MC 12%). Estos datos se muestran en el Cuadro 3.4-7.

Resultado de las pruebas

Valor Promedio St. Dev. Unidades

E1 19450 3850 N/mm2

E2 (fluencia) 1,66 0,50 106 N/mm2

E2 (recuperación) 2,17 0,54 106 N/mm2

Factor de pérdida 0,01 -

n1 14,4 5,9 109 N/mm2s

n2 (fluencia) 3,36 5,9 109 N/mm2s

n2 (recuperación) 2,40 0,81 109 N/mm2s

Cuadro 3.4-7

Estas pruebas han sido calculadas con una regresión “mínimos cuadrados”. El cociente entre estos valores y la masa por volumen p se muestran a continuación en el Cuadro 3.4-8

72

Cocientes entre resultados de prueba, unidades como en el cuadro anterior, p en kg/m3

E1 2038 + 21 x p r2 = 0,47

E2 (fluencia) -0,5 + 0,0026 x p r2 = 0,39

E2 (recuperación) 0,15 + 0,0025 x p r2 = 0,29

E2 (fluencia) 0,77 x E2 (recuperación) r2 = 0,69

n1 -10,5 x 0,003 x p r2 = 0,37

n2 (fluencia) -2,2 + 0,007 x p r2 = 0,26

n2 (recuperación) -1,2 + 0,0004 x p r2 = 0,41

n2 (recuperación) 1,1 + 0,38 x n2 (fluencia) r2 = 0,56

Cuadro 3.4-8

En el modelo, el valor E2 es una constante, de cualquier modo en los resultados E2

probó ser dependiente del tiempo. Ver Cuadro 3.4-9

Valores por E2

Primera hr. (fluencia) 1,01 106 N/mm2

Segunda hr. (fluencia) 1,63 106 N/mm2

Tercera hr. (fluencia) 1,85 106 N/mm2

Cuarta hr. (fluencia) 2,08 106 N/mm2

Cuadro 3.4-9

DISCUSIÓN El valor para E1 es normal para bambú condicionado. Como para los otros tres valores (E2, n1 y n2), parece imposible hallarles alguna referencia. Pueden ser únicamente comparados con valores para madera (Kollmann 1968), y los cocientes son:

Comparación de E y n para madera y bambú

Valor Madera Bambú Cociente

E1 10000 20000 2x

E2 82000 1,9 x 106 23x

n1 0,15 x 109 14,4 x 109 100x

n2 0,07 x 109 2,88 x 109 40x

Cuadro 3.4-10

Es difícil explicar los cocientes, los parámetros posibles son:

o Masa por volumen. o Contenido celuloso o Cristalinidad de la celulosa. o Los ángulos entre las microfibras de la pared celular y el eje celular.

73

CONCLUSIONES La fluencia y la recuperación del bambú han sido estudiadas en una prueba de 4 puntos de encurvamiento. Los resultados han sido dados en los Cuadros 3.4-7 y 3.4-8. Para las prácticas de construcción, la fluencia y la recuperación, podrían no tomarse en cuenta, cuando el arquitecto diseñe los elementos estructurales con bambú bajo principios de deformación de los elementos a flexión. Sin embargo, en algunos casos se puede lograr arquitectura de cubiertas deformadas construidas a base de bambú y aprovechando su gran flexibilidad, siempre y cuando tengamos previstas las deformaciones dentro de rangos de seguridad aceptables.

3.4.5.- Módulo de elasticidad del bambú

En el laboratorio de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Veracruzana, Jalapa, Veracruz, México se realizaron las pruebas de muestras de Bambusa oldhamii para obtener la curva esfuerzo-deformación utilizando una máquina universal de pruebas y un micrómetro de precisión. Se intentó obtener el módulo de elasticidad de las muestras de bambú realizando las pruebas a compresión simple, ya que es una forma relativamente sencilla de obtener datos fidedignos que sean de utilidad para el diseño de conexiones. A continuación se presentan los resultados de las pruebas para hacer la gráfica de esfuerzo-deformación. (Gráfica 3.4-2) DATOS: 1.- Muestra de Bambusa oldhamii en estado seco. DATOS GEOMÉTRICOS:

o Área promedio = 14.15 cm2

o Carga última registrada en el laboratorio = 9,200 kg

o Última resistencia = (9,200/14.15) = 650.00 kg/ cm2

DIAGRAMA DE ESFUERZO-DEFORMACIÓN

Carga aplicada (kg) δL (cm)

1000 0,030

2000 0,046

3000 0,064

4000 0,091

5000 0,114

6000 0,135

7000 0,173

8000 0,229

9000 0,343

9200 Falla

Cuadro 3.4-11

74

o Longitud original = 24,2 cm. o Esfuerzo de compresión σ P/A en kg/ cm2

o Deformación unitaria = ε δ L

L Datos para la gráfica de esfuerzo-deformación (Gráfica 3.4-2):

σ (kg/ cm2) ε (cm/cm)

70,67 0,0012

141,34 0,0019

212,01 0,0026

282,01 0,0038

353,36 0,0047

424,03 0,0056

494,70 0,0074

565,37 0,0093

636,04 0,0098

650,17 -

Cuadro 3.4-12

0

100

0.0

00

0.0

02

0.0

03

0.0

04

0.0

05

0.0

06

0.0

07

0.0

08

0.0

09

0.0

10

0.0

11

0.0

12

0.0

13

0.0

14

0.0

01

200

300

400

500

600

700

800

GRÁFICA DE ESFUERZO-DEFORMACIÓN

Esf

uerz

o(K

g/cm

2)

400

0.0

0576

Comportamientoinelástico

Punto de Cedencia

elásticoComportamiento

Deformación Unitaria (cm/cm)

Gráfica 3.4-2

75

CRITERIOS PARA EVALUAR EL MÓDULO DE ELASTICIDAD DEL BAMBÚ Para la muestra de Bambusa oldhamii cuya gráfica de esfuerzo-deformación unitaria

tiene un comportamiento lineal hasta una deformación de aproximadamente 0.005 9 a un esfuerzo unitario σ de 440 kg/cm2. A partir de este punto comienza la curva de comportamiento inelástico que suavemente llega a una deformación de 0.015 a un esfuerzo máximo de 690 kg/cm2 donde se presenta la falla. Para éste caso, un criterio que considero valedero para evaluar el módulo de elasticidad sería el trazo de la tangente hasta encontrar el límite elástico en el punto mencionado anteriormente, de una manera similar a la de acero estructural; sin embargo para el caso del bambú, no se aprecian con exactitud los puntos de fluencia (superior e inferior) y la deformación máxima elástica. Podemos considerar que ésta muestra de bambú no tiene un comportamiento dúctil precisamente ya que las deformaciones plásticas antes de la falla son apenas 2.67 veces la deformación máxima elástica. Tal vez el bambú lo podemos catalogar como material flexible y poco dúctil con falla frágil. Módulo de Elasticidad Eb = = = 75 862,1 kg/cm2 de Bambusa oldhami Tipo de falla en la muestra:

o En la falla última, en los bordes del extremo superior se presenta aplastamiento debido a la concentración de esfuerzos.

o Se presentan rajaduras en la parte central de la probeta (falla frágil) o Las grietas se interrumpen en el tabique o nudo de la muestra

3.5.- Comentarios

Como conclusión de este capítulo se hace mención de la importancia de conocer integralmente al bambú pensando en su preservación que se manejará de acuerdo al entorno físico. Sus propiedades físicas y mecánicas permitirán tener las precauciones para diseñar juntas con el fin de obtener un comportamiento balanceado con el resto de la estructura. Con base al conocimiento, se tiene como resultado, que la utilización de las partes distales del bambú como elementos de conexión en estructuras a compresión, cortante y tracción son las más adecuadas. En las conexiones de bambú a tracción, es necesario diseñar elementos auxiliares que permitan mayor área de apoyo para evitar las fallas por aplastamiento en el sentido longitudinal a las fibras. Las conexiones son componentes necesarios para la utilización del bambú en estructuras, las cuales se discutirán en el siguiente capítulo. También es muy importante mencionar que el módulo de elasticidad y el mecanismo de fluencia pueden ser manejados y aprovechados bajo dos circunstancias:

σ ε

440 0,00579

76

1. Proyectar elementos a flexión embebidos en hormigón bajo límites de

deformación máxima tolerada de acuerdo a los códigos vigentes en la localidad.

2. Estudiar dentro del mecanismo de fluencia, posiciones de no recuperación

del bambú para lograr deformaciones plásticamente estéticas que puedan ser empleadas en la Arquitectura Orgánica y lograr proyectos interesantes.

77

4.- LAS CONEXIONES EN LAS ESTRUCTURAS LIGERAS

4.1.- Introducción Para definir los alcances y las limitaciones de las uniones diseñadas con elementos de bambú, algunos expertos sudamericanos y asiáticos han dado algunas soluciones referentes al comportamiento de este material vegetativo como se verá más adelante, todas con el fin de evitar algunas fallas originadas por esfuerzos inducidos en el material. El planteamiento general para el diseño de conexiones debe tener como referente evitar al máximo la presencia de esfuerzos que provoquen la rajadura en las piezas de bambú. Ya se explicó en el capítulo 3, que el único modo de falla inicial del bambú es la rajadura en el sentido longitudinal de las fibras; esto nos permite pensar que en el diseño de las conexiones en su ámbito teórico-práctico, se deben evitar estos tipos de falla. También se hace hincapié en la simplificación de las uniones para lograr los objetivos que se plantean en esta investigación, atendiendo principalmente a la arquitectura con estructuras ligeras.

4.2.- El ámbito de estructuras ligeras utilizando bambú En este documento es importante mencionar que las estructuras ligeras pueden considerarse desde las cubiertas con tela, que son poco empleadas en el país por la falta del dominio de la técnica, el uso de las placas superligeras de aislamiento térmico a base de espuma de poliuretano de diferentes presentaciones, que han ahorrado el suficiente peso para considerar mayor ligereza en el conjunto; hasta las que utilizan chapa de cemento con espesores delgados, con pesos más significativos comparados con los anteriores. Un aspecto sobresaliente es que debido a la naturaleza del bambú, las formas obtenidas cuando se diseñan cáscaras de bambú-cemento, toman la configuración natural que nos permite la irregularidad geométrica del bambú. Con lo que podemos dar por aceptado que algunas cubiertas ligeras (paraboloides, cúpulas, hiperboloides de revolución, etc.) muestran una forma orgánica que se aparta de la geometría euclidiana perfecta. Véase anexo “C” (Experiencias)

4.3.- Proyecto de conexiones En este apartado se hace referencia a lo que existe en algunas partes de América y Asia respecto a las uniones utilizadas.

4.3.1 Modelo de conexiones

Oscar Hidalgo López de Colombia, en su manual de construcción con bambú, expone las normas que deben tomarse en cuenta para la construcción de uniones y amarres. A continuación se presentarán dichas normas con sus respectivos esquemas.

78

EN VIGAS Y COLUMNAS No utilice: Bambúes de baja resistencia como son: Bambúes verdes o menores de tres años, bambúes atacados por insectos, bambúes que hayan florecido, o que presenten figuras o grietas verticales o cortes horizontales superficiales

Utilice: Bambúes sazonados o mayores de 3 años, previamente curados, secados al aire y tratados con inmunizantes. Bambúes con cortes y uniones apropiadamente hechos, con diámetros y espesores de pared apropiadas.

producidos accidentalmente con machete.

PARA FIJAR PIEZAS HORIZONTALES

No utilice: Clavos o puntillas de más de 8 cm. (2.5”), ya sea para fijar lateralmente bambúes de menor diámetro o en la fijación de uniones. Vigas clavadas lateralmente a las columnas.

Utilice: Amarres de alambre duplicados o triplicados (2 ó 3 alambres de igual longitud), cuerdas de nylon o cuerdas vegetales de diámetro apropiado y en buen estado.

79

EN UNIONES AMARRADAS

No utilice: Bambúes verdes que al secar se contraen dejando flojos los amarres. Amarres de cuerdas elásticas, o con cuerdas muy delgadas o en mal estado.

Utilice: Bambúes previamente secados al aire con amarres de alambre, nylon, cuerdas vegetales o de cuero.

EN COLUMNAS, PARALES O SOPORTES DE CIMBRAS.

No utilice: Bambúes sin un nudo en el extremo inferior, que se astillan al golpearse para plomarlos o al introducirse peñas elevadoras.

Utilice: Parales o columnas de longitud apropiada, con un nudo en el extremo inferior, el cual permite golpearse sin producir astillamiento.

80

FORMA DE EVITAR EL APLASTAMIENTO EN LOS EXTREMOS DE LAS VIGAS Los bambúes que se utilicen como vigas o soleras deben cortarse de tal forma que quede un nudo en cada extremo o próximo a él, de lo contrario las cargas verticales transmitidas por columnas o parales apoyados en los extremos de la viga pueden producir su aplastamiento. De no ser posible que un nudo coincida con uno de los extremos de la viga, debe introducirse en éste un cilindro de madera o con una sección corta de bambú que tenga uno o dos nudos y el mismo diámetro que el anterior de la viga. Si el nudo de la sección sobresale debe limitarse.

De no existir el nudo se produce el aplastamiento.

81

ENTALLADURAS UTILIZADAS EN LA UNIÓN DE PIEZAS DE BAMBÚ

1 2 3 4 5 Con oreja Con dos orejas A bisel Pico de flauta Boca de pescado TRAZADO Y CORTADO

El ángulo del corte varía de acuerdo a la inclinación que tenga la pieza.

82

UNIÓN DE PIEZAS HORIZONTALES Y VERTICALES 1.- Soporte con una o dos orejas. Se emplea para recibir vigas de bambú, madera rolliza o aserrada. 2.- Doble soporte con oreja. Se emplea cuando las piezas utilizadas como vigas son de mayor diámetro que las utilizadas como columnas.

3.- Soporte con oreja sobrepuesta.

4.- Soporte con encalladura de boca de pescado.

5.- Soporte con solapa. Se emplea cuando no se dispone de alambre para el amarre. La solapa se amarra con cintas de bambú.

83

EMPLEO DE PASADORES Y ANCLAJES EN LA UNIÓN DE PIEZAS HORIZONTALES Y VERTICALES

1.- Unión de piezas con amarre y clavija. La clavija puede colocarse en la columna

ya sea paralela o perpendicular a la viga.

2.- Boca de pescado con clavijas.

3.- Unión con anclaje de madera. Se emplea también invertido.

84

4.- Unión con anclaje metálico. Se emplea en diversas posiciones.

SOPORTES DE VIGAS DOBLES Y CUADRUPLES

1.- Vigas formadas por 4 o 6 elementos. La hilera superior se separa de la inferior por medio de latas de bambú o de piezas de madera que se colocan con una

separación máxima de un metro, con el fin de que los bambúes superiores no se deslicen sobre los inferiores.

2.- Viga doble central. Tiene una gran diversidad de aplicaciones en la construcción

de estructuras para puentes y de instalaciones rurales.

85

3.- Viga doble lateral. Cada una de las vigas se amarra independientemente del soporte lateral y entre sí. Se emplea en la construcción de estructuras para puentes

y de instalaciones rurales.

4.- Vigas dobles laterales. Se emplea como soporte central en estructuras de puentes o de galpones.

86

UNIÓN Y FIJACIÓN DE PIEZAS HORIZONTALES

1 2 3

1.- Unión en cruz con pasador.

2.- Unión lateral con pasador o clavijas.

3.- Unión de esquina.

87

EMPALME DE PIEZAS HORIZONTALES

1.- Al tope.

2.- A bisel.

3.- De rayo.

4.- De medio bambú.

5.- Con unión interna. Se emplea en acueductos.

6.- Con unión externa. Se emplea en acueductos.

7.- Telescópico. Se emplea en acueductos.

88

UNIONES EN LA CONSTRUCCIÓN DE MUEBLES

Rebánese la pared del bambú hasta que pueda doblarse fácilmente

1.- Unión de abrazadera. Se emplea para unir el soporte vertical con los horizontales.

2.- Unión en ángulo. 3.- Unión en “T”.

89

AMARRES UTILIZADOS EN CONSTRUCCIONES TEMPORALES Y ANDAMIOS

1.- Amarre cuadrado. Se emplea en andamios o en construcciones temporales, para unir piezas verticales con horizontales. El amarre se inicia y termina con un nudo

ballestrinque.

2.- Amarre en aspa. Se emplea para unir piezas o riostras diagonales.

90

AMARRES UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE ANDAMIOS

Detalle No. 1

Detalle No. 2

Detalle No. 3

91

AMARRES UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE ANDAMIOS COLGANTES

1.- Amarre de doble nudo corredizo. 2.- Amarre múltiple. 3.- Amarre con nudo del ahorcado. 4.- Amarre con dos medias vueltas.

92

4.3.2.- Proyecto de conexiones

Para definir los alcances y las limitaciones de las uniones diseñadas con elementos de bambú, se comentarán los resultados obtenidos en el Capítulo 3 referente al comportamiento de este material vegetativo a los diferentes esfuerzos desarrollados. Se comenzará discutiendo las resistencias que tiene el bambú de acuerdo a su naturaleza.

a) Las resistencias a la tracción pueden desarrollarse con muy altos valores, comprendidos entre los 1200 kg/cm² hasta 3000 kg/cm² (esta tesis no analiza cómo se han obtenido los parámetros mencionados ni tampoco cuáles son las especies más resistentes, dado el grado de complejidad para realizar esta prueba en el laboratorio).

(Véase anexo “A”) b) En relación con el comportamiento a compresión simple del bambú, en

términos generales, la falla se presenta entre 500 y 700 kg/cm² según sea el tipo de especie probado. Como ya se comentó las fallas se aprecian con más intensidad en los extremos de las barras a conectar. Dando como consecuencia un tipo de falla es frágil con deformaciones plásticas en los bordes y rajaduras en las zonas cercanas a dichos extremos. Las pruebas con restricción confinada dieron buenos resultados ya que incrementaron la resistencia hasta un 100%.

(Véase anexo “A”) c) Para el esfuerzo cortante, se observa que las fallas en el sentido de las fibras

se presentan entre los 50 y 70 kg/cm² con rajaduras en el sentido de las mismas. Para el caso del corte en sentido perpendicular a las fibras, permite mejor comportamiento, aumentando la resistencia entre 4 y 5 veces más, con fallas frágiles traducidas en rajaduras longitudinales y aplastamiento.

(Véase anexo “A) d) Para la flexión, fenómeno que ya fue estudiado de una manera individual en

el Capítulo 3, es necesario hacer notar que la falla bajo estos esfuerzos, está regida por la resistencia al cortante tangencial a la altura del eje neutro del tubo, sin haberse agotado la capacidad a compresión y a tracción. Este mecanismo se presenta cuando las deformaciones han rebasado los límites que marcan los reglamentos o códigos de construcción para el diseño de piezas a flexión.

Es importante mencionar que para cada caso en particular de las estructuras, se tiene que estudiar la gráfica esfuerzo deformación con el fin de establecer criterios que permitan la eficiencia principalmente bajo estados limite de servicio, es decir, las deformaciones máximas permitidas que no produzcan inestabilidad estructural. (Véase anexo A)

En la figura 4.3-1 se presentan dos diseños para resolver las uniones de bambúes a compresión simple con falla por aplastamiento, utilizando soleras de sobrantes de la zona basal de los cortes de los culmos del bambú. Probablemente la preferencia de seleccionar soleras de acero o de bambú, estriba en la apariencia y en el comportamiento mecánico. Para estructuras donde el bambú presente una vista al usuario, se procurará colocar soleras de bambú con tornillo y

93

en lugares donde la conexión no esté a la vista, la solera de acero podría ser la solución. Las soluciones anteriores se pueden emplear para columnas simples o múltiples según sea el caso de carga y altura. Véase figura 4.3-1 Como materiales de apoyo podemos considerar los morteros dimensionalmente estables para lograr una mejor adherencia en la parte de los extremos a unir. Véase figura 4.3-2

Figura 4.3-1 Figura 4.3-2

En algunos casos cuando las paredes del bambú no son suficientemente gruesas como para confiar en los tornillos podemos utilizar encintados en los extremos por unir con cualquier cinta adhesiva que evite las rajaduras en el manejo y operación. Véanse fotos 4.3-1 y 4.3-2. Es común utilizar taquetes de bambú de menor diámetro que penetren en ambas piezas a unir, previo encintado en los extremos.

Foto 4.3-2

Foto 4.3-1

94

4.3.3.- Conexiones a tracción

En el inciso (a) de este subtema se han dado algunas pautas en relación con las juntas a tracción, principalmente en la obtención de los resultados. Se intentará hacer un diseño de conectores a tracción como una forma de iniciarse en el proyecto de cubiertas donde se requieran. Para lograr lo anterior se tomarán en cuenta los siguientes aspectos:

o Resistencia de la solera de acero. o Resistencia de los tornillos utilizados. o Resistencia a la compresión del mortero Grout que rellena los huecos

conectados. o Resistencia al aplastamiento entre el tornillo y el Grout de relleno o Resistencia al aplastamiento entre el tornillo y las paredes del bambú (de

preferencia se encintarán los tramos de las piezas de bambú a conectar con el número de vueltas necesarios usando cinta adhesiva).

Nota: No se mencionó la resistencia a la ruptura del tabique o nudo del bambú, porque resultados de experimentos realizados con alumnos de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad Veracruzana Zona Xalapa, mostraron fallas a la ruptura con valores que no aportaron ningún beneficio al conjunto de la conexión. Por medio de un ejemplo, podemos ilustrar cual sería la forma de diseñar una junta de tracción. Este ejemplo se basa en parámetros de resistencia supuestos, pero apegados en algunos casos a los resultados obtenidos en el Capítulo 3. EJEMPLO: Se trata de diseñar una junta a tracción de 2 bambúes de la especie Bambusa oldhamii en estado seco con los siguientes datos. Se supone que las dos piezas de bambú tienen diámetros similares. DATOS:

o Diámetro exterior promedio: 7,5 cm. o Diámetro interior promedio: 5,1 cm. o Resistencia última al aplastamiento de las paredes del bambú: 500 kg/cm² 1 o Resistencia al corte de los tornillos (esfuerzo de trabajo σ): 1.300 kg/cm² o Resistencia a la tracción de las soleras de acero A-36: fy= 2.533 kg/cm² 2 o Carga de diseño: 4.000 kg

Se trata de buscar cuántos tornillos se requieren para absorber los esfuerzos inducidos debido a la fuerza de tracción que debe resistir el conjunto. Los pasos a seguir serían:

1. Cálculo de las soleras de apoyo (se proponen 4 de 1” X ¼”) de hierro estructural de:

fs = 1.512 kg/cm² (Esfuerzo de trabajo)

Esfuerzo inducido = 4.000 = 1.240,00 kg/cm² 2 X 2,54 X 0,635

1 Resistencia promedio a la compresión. 2 Resistencia a la Fluencia del Acero A-36

95

1.240,00 kg/cm² < 1.512 kg/cm²

Esta propuesta de solera cumple especificaciones de resistencia, por lo tanto se quedará como definitiva. El cálculo de la longitud L a cada lado de la junta, se obtendrá posteriormente.

2. Cálculo de los tornillos a cada lado de la junta. Se proponen tornillos de 3/8” de diámetro con acero comercial de 1.512 kg/cm² de fatiga de trabajo.

Área de cada tornillo igual a 0,71 cm² Número mínimo de tornillos requeridos igual a 4.000 = 3,2 tornillos ~ 4 tornillos

1.512 X 0,71 Verificaremos por aplastamiento cuántos tornillos requerimos: Capacidad de resistencia al aplastamiento tornillo / Bambú 1,2cm. X 0,9525cm X 2 perforaciones X 500 kg/cm² X 0,4 ** = 457,2 Kg.

** Factor de reducción que se aplica como seguridad al esfuerzo de ruptura del bambú a la compresión.

Número de tornillos igual a:

4.000 = 4,37 ~ 5 tornillos 457,2 x 2 (Perforaciones por cada tornillo)

En la figura 4.3-3 se muestra la distribución final de soleras y tornillos para el caso de una junta a tracción sometida a 4.000 Kg. de carga total. La longitud se propone con base a la separación de cada tornillo, para nuestro caso se colocarán los tornillos a cada 10cm. por lo tanto la longitud de la solera a cada lado de la junta será de 60cm. más otro tramo de 10cm., lo que dará 70cm. a cada lado de la unión de los dos bambúes. Esta última separación ha sido dada arbitrariamente ya que hasta la fecha no tenemos especificaciones de distancias mínimas entre tornillo y tornillo en ningún manual de bambú. Es oportuno comentar que en el diseño de la junta a tracción, no se ha propuesto rellenar con cemento mineralizado (Grout) los espacios interiores, ya que su función de resistencia provocaría falla interior de los tabiques, ocasionando que los cuerpos de este material se deslizarían únicamente en las paredes de los tubos de bambú. Cabe mencionar que los tabiques alcanzan una resistencia máxima de 2.5 kg/cm² al esfuerzo cortante longitudinalmente, valor insignificante para los fines que se persigue en este diseño. Como podemos observar en este ejercicio, ha resultado un sistema de conexión a tracción con placas de hierro muy largas y muchos tornillos para el caso, justificándose este resultado por la intensidad de la carga de 4 toneladas, la cual para un caso real resultaría ser muy alta, por lo que habrá que pensar hasta que punto el diseño de esta conexión resulta práctico en la construcción de estructuras

96

que se pueden llamar ligeras que es el tema central de nuestra tesis. Para casos reales similares a este ejercicio como pueden ser el diseño de puentes de bambú, se puede pensar en el uso de cables de hierro para sustituir al bambú en su comportamiento a tracción, ya que el diseño de las juntas resulta complicado.

Longitu

dTot

al=

2L

=2(7

0) =

140

cm.

10

10

Tornill

ode

1/4

Solera

dehierr

ode

1"(2

.54

cm.)

X

L=70

cm

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

400

0Kg

4000

Kg

a

b

Figura 4.3-3

CORTE a - b

Tuerca

Bambú

Arandela

Solera de 1" (2.54cm.) x 1/4"

Tornillo de 3/8" (asienta)

Figura 4.3-4

97

4.4.- Propuesta de conexiones para estructuras ligeras El presente subtema enumera algunas conexiones entre elementos constitutivos del sistema constructivo con bambú. Estas conexiones han sido experimentadas con clavos, pernos, varillas y pletinas. Otras diferentes pueden utilizarse, siempre y cuando se pueda garantizar la rigidez diseñada. Como resultado de las observaciones del bambú al comportamiento a diferentes esfuerzos, se mostrarán imágenes que ejemplifican formas de uniones capaces de cubrir necesidades de carácter constructivo en lo que respecta a este material estructural en su utilización. IMÁGENES: 1) Unión en cruz con bambúes traslapados con amarres de alambre galvanizado. Aplicación: se puede recomendar para cubiertas (paraboloides, hiperboloides, bóvedas, cúpulas) 2) Unión en cruz con bambúes interceptados con taquetes labrados de bambú y fibra de mimbre. Aplicación: se utiliza en bastidores para muros estructurales en casas y pequeños edificios donde el conjunto logra la rigidez y resistencia deseada. A esto habría que agregarle la rigidización en aplanados texturizados para dar los acabados.

3) Unión en cruz de bambúes interceptados con refuerzos adicionales, utilizando taquetes de bambú y fibra de mimbre. Aplicación: este tipo de unión se recomienda para estructuras aparentes que estén protegidas por cubiertas ligeras de poli carbonato o de cristal.

98

4) Unión en cruz interceptada utilizando taquetes naturales de bambú, reforzada con fibra natural de mimbre y tensores adicionales colocados en cuadro, a base de hilo de plástico sujetos en 4 tornillos. Aplicación: se puede recomendar para estructuras protegidas como muros aparentes estructurales o cubiertas ligeras traslúcidas.

5) Uniones en Guadua angustifolia utilizando tornillos industriales de hierro para cerchas. Aplicación: se recomienda no solo para Guadua angustifolia, sino también para la Bambusa oldhamii, ya que puede ser la solución más simple y resistente por el tipo de estructura, que podría formar parte de una cubierta de regulares dimensiones. 6), 7) Uniones atornilladas utilizando Guadua angustifolia.

8) Estereoestructura con uniones atornilladas utilizando solera y refuerzo con confinamiento en los extremos de las diagonales.

99

9), 10) Uniones con taquetes de 3/8 en bambú. Aplicación: se recomienda para uniones de muros y entrepisos, según sean diseñados desde 1 hasta 4 niveles.

11) ,12) ,13) Uniones amarraduras con fibras naturales de mimbre. Aplicación: se recomiendan para uso en estructuras aparentes con poco peso, como pueden ser algunos mezanines ligeros. 14) Uniones atornilladas en una estructura ligera resuelta a base de Guadua angustifolia. Aplicación: está considerada como rígida debido al número de elementos que resuelven los apoyos triangulando el mecanismo estructural de conjunto, nótense algunos refuerzos interiores a algunos elementos.

100

Todos los miembros y elementos estructurales deberán estar anclados, arriostrados, empalmados e instalados de tal forma que garanticen la resistencia y fluidez necesarias para resistir las cargas y transmitirlas con seguridad. CONEXIONES CLAVADAS Las conexiones clavadas se reservan para esfuerzos muy bajos entre elementos de bambú. No se recomiendan expresamente, para dos o más elementos rollizos de bambú. La penetración y el impacto de los clavos producen fisuración del bambú debido a la preponderancia de fibras longitudinales. Las conexiones clavadas deben usarse solamente para ajuste temporal del sistema durante el armado y no deben tenerse en cuenta como conexiones resistentes entre elementos estructurales. CONEXIONES CON PERNOS Cuando sea necesario perforar el bambú para introducirle pernos, debe usarse taladro de alta velocidad y evitar impactos. Todos los cañutos a través de los cuales se atraviesan pernos o barras pueden rellenarse con mortero de cemento. El mortero debe ser lo suficientemente fluido para penetrar completamente dentro del culmo. Puede prepararse el mortero de relleno, por volumen, utilizando una relación 1 a 0,5 entre el cemento y el agua y sin exceder la relación 4 a 1 entre el agregado fino y el cemento. Para vaciar el mortero se perfora el bambú con taladro y se coloca con un embudo o con una pequeña bomba casera. Los pernos pueden fabricarse con barras de refuerzo roscadas en obra o con barras comerciales de rosca continua.

101

CONEXIONES ZUNCHADAS Las conexiones zunchadas pueden utilizarse para fabricar conexiones articuladas. Para conexiones que deban resistir tracción, la pletina debe diseñarse para garantizar que no es el vínculo débil de la unión. Ésta no debe trabajar, en total, con más de 10 KN (9810 Kg.) de fuerza de tracción. CONEXIONES ESTRUCTURALES Una vez que se fabrica el bahareque, el material compuesto no depende de la resistencia de las uniones de los bambúes, sino de su rigidez. De tal manera, las conexiones entre los elementos de bambú dentro de los muros de bahareque resultan secundarias y pueden cumplir funciones estructurales, tanto de rigidez como de resistencia. Las conexiones entre componentes las podemos clasificar en: CONEXIÓN CIMIENTO-MURO. Los muros deberán estar conectados efectivamente con la cimentación o con los sobrecimientos. Los muros de bahareque encementado pueden fabricarse utilizando solamente elementos de bambú o combinando madera aserrada con elementos de bambú. De hecho se recomienda que las soleras de los muros sean de madera aserrada. CONEXIÓN CON SOLERAS DE MADERA ASERRADA Cuando se utiliza madera aserrada para las soleras, la conexión con los cimientos o los sobrecimientos se realiza con barras roscadas que atraviesan las soleras y se anclan con tuercas y arandelas. La madera debe separarse del hormigón o de la mampostería con papel impermeable u otra barrera similar.

102

CONEXIÓN CON SOLERAS DE BAMBÚ Para muros fabricados sólo con elementos de bambú, los muros deben conectarse a los cimientos utilizando los elementos verticales, tal como se haría para conectar columnas de bambú. El bambú no debe estar en contacto directo con el suelo, la mampostería o el concreto. De tal manera, el bambú se apoya sobre un separador de metal u otro material impermeable. Las fuerzas de compresión se transmiten a través del separador, por lo que debe apoyarse en forma continua contra la cimentación. Las fuerzas de tracción se transmiten a través de conexiones pernadas. Un perno atraviesa el primer o el segundo culmo del bambú. El culmo atravesado y cualquier culmo por debajo de éste, deben rellenarse con mortero. El culmo debe tener un nudo en su extremo inferior. El perno se ancla al cimiento a través de pletinas o barras con ojales, o barras dobladas. Esta conexión resiste tracción. No es apropiada para resistir momento. Por lo tanto, no es necesario atravesar pernos en ambas direcciones. El separador debe actuar como elemento resistente a corte, es decir, como tope para el movimiento horizontal entre el muro y el cimiento. Para ello, el separador debe abrazar el elemento de bambú. Debe existir un separador-retenedor por lo menos cada 4m., o en las esquinas de muros, o en los bordes de aberturas para puertas. El separador-retenedor debe ser una pletina de acero con, por lo menos, 3,2mm. De espesor y la misma anchura del bambú que retiene. Un separador más eficiente para cortante es un tubo dentro del cual se empotra el bambú. El tubo, a su vez, está empotrado en el concreto del cimiento. Cuando no se requiere que la conexión resista tracción ni cortante, el bambú puede empotrarse en el concreto, y separarse de éste mediante una membrana bituminosa, como brea o asfalto. Las conexiones con los cimientos descritas hasta este momento sirven también para anclar columnas formadas con más de un bambú.

103

4.5 Comportamiento mecánico de uniones

15), 15’) Pruebas al cortante transversal a las fibras que conduce al aplastamiento de una unión interceptada. Falla frágil por rajadura. 16) Prueba al cortante transversal a las fibras de una unión de 2 elementos traslapados utilizando tornillos de hierro. 17), 18) Prueba a la flexión de una unión en L de bambúes traslapados usando taquetes de bambú con refuerzo de fibra de mimbre. Tipo de falla frágil (rajadura).

104

19), 20) Prueba a flexión de una unión en L utilizando Bambusa oldhamii y taquetes de bambú, la falla se advierte en los taquetes.

4.6.- Proyecto de cerchas para pruebas de campo Este proyecto se realiza con la finalidad de experimentar con 2 modelos de cerchas en igualdad de condiciones geométricas variando el número de conectores en cada nudo. Estas pruebas se realizaron en el instituto de ecología de esta ciudad de Xalapa, Veracruz.

4.6.1.- Objetivo

El objetivo principal es estudiar la relación entre la carga gradual y las deformaciones respectivas, con el propósito de establecer una comparación con los estados críticos de falla en cada una de las cerchas. Podemos mencionar como objetivos complementarios, no menos importantes, los siguientes:

o Observar el comportamiento de los taquetes de bambú en su interacción con las placas de unión hechas de madera.

o Observar el comportamiento de los elementos de bambú de la cercha (cuerda superior, inferior, montantes y diagonales).

o Observar el comportamiento de las placas de unión, que para este caso fueron resueltas a base de triplay de pino de 3 capas (6 mm).

o Observar la eficacia del refuerzo de confinamiento en los extremos para el caso de una de las armaduras a probar.

105

4.6.2.- Proceso de construcción Cercha No. 1 y No.2: Se construyeron con una longitud de 3.5 m por 35 cm. de peralte, utilizando Phyllostachys bambusoide de 3 cm. de diámetro en promedio, tanto para las cuerda superior, como interiores, así como montantes y diagonales de ambas cerchas. (Véase figura 4.5-1) Se utilizaron placas de 6 mm. de triplay de pino en todos los nudos con dimensiones apropiadas para unir a estos elementos con 2 taquetes de ¼”, labrados en Bambusa oldhamii para la primera y 3 taquetes para la segunda, reforzadas con cascarilla de mimbres en los extremos de cada elemento de las armaduras. (Véase figuras 4.5-2, 4.5-3)

Figura 4.6-1

Figura 4.6- 2 Figura 4.6-3

106

4.6.3.- Prueba del modelo de cercha No. 1 Esta cercha fue sometida a cargas inducidas por medio de un gato con una presión controlada utilizando un compresor de aire. (Véase figuras 4.6-4a a 4.6-4c) Figura 4.6-4a Figura 4.6-4b Figura 4.6-4c En la figura 4.5-4d aparecen los elementos de la cercha con los extremos reforzados con “cascarilla de mimbre”, material vegetativo que cumple doble función: la de reforzar los extremos y por estética.

Figura 4.6-4d

Cuadro de carga deformación de la cercha No.1

Carga (kg) Deformación (mm) Tipo de falla

25 1,25 -

50 3,53 -

75 7,09 -

100 10,62 -

125 15,09 -

150 20,29 -

155 22,51 Por cortante en los taquetes

del elemento a tracción. (montante)

Cuadro 4.6-1

107

GRAFICA DE CARGA-DEFORMACION Carga vs Desplazamiento

5.0

0.01

-0.00

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

-0.1

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

50.0

55.0

60.0

65.0

68.3

Gráfica 4.6-1

DATOS DE LA GRÁFICA: Carga actual: -0,024 Ton. Carga máxima: 0,155 Ton. Carga tara: 0,350 Ton. Deflexión actual: -48,36 mm. Deflexión tara: -20,514 mm. Velocidad: -0,02 mm/min Tiempo: 248,0 seg. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. Los resultados del experimento de la cercha No. 1 nos muestran claramente que las fallas se concentraron en los taquetes labrados con bambú, sin advertir ningún desgarre en la placa de madera y en los tubos como elementos de la armadura. Se aprecia que fueron las conexiones en cuerdas superiores las que fallaron y no

108

precisamente en el centro, esto probablemente se debió a que no había una simetría perfecta debido a la variación en la geometría del bambú; sin embargo es evidente que los taquetes se rompieron al cortante. Como discusión queda la incertidumbre de hasta dónde podemos emplear taquetes naturales de bambú y en qué momento debemos acudir al uso de los tornillos industriales de acero.

4.4.4.- Pruebas del modelo de cercha No.2

De la misma forma que la cercha No. 1 se probó la cercha No. 2 (Véase figuras 4.6-5a, 4.6-5b). Los detalles de los nodos como se puede apreciar, son similares a los de la armadura anterior y de igual manera se probó en el laboratorio con cargas graduales con los resultados mostrados en el cuadro 4.6-2.

Figura 4.6-5a Figura 4.6-5b

Cuadro de carga deformación de la cercha No.2

Carga (kg) Deformación (mm) Tipo de falla

25 5,47 -

50 7,19 -

75 9,74 -

100 11,95 -

125 14,66 -

150 18,49 -

175 21,96 -

200 25,74 -

225 30,42 -

250 33,72 -

275 36,07 -

300 49,87 -

325 58,40 -

350 66,61 -

380 76,63 Por cortante en los taquetes

del tercer montante

Cuadro 4.6-2

109

Carga vs desplazamiento

-0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.22

0.24

0.26

0.28

0.30

0.32

0.34

0.36

0.38

10

.0

20

.0

30

.0

40

.0

50

.0

60

.0

70

.0

80

.0

90

.0

100

.0

111

.0

-1.0

Gráfica 4.6-2 DATOS DE LA GRÁFICA: Carga actual: 0,244 Ton. Carga máxima: 0,379 Ton. Carga tara: 0,344 Ton. Deflexión actual: -30,27 mm. Deflexión tara: -20,514 mm. Velocidad: -0,08 mm/min Tiempo: 324,0 seg. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. Los resultados del experimento de la cercha No.2 nos muestran claramente que las fallas nuevamente se concentraron en los taquetes labrados con bambú sin advertir ningún desgarre en las placas de madera y en los tubos como elementos de la armadura.

110

Se aprecia que la resistencia de los taquetes en esta cercha fue mayor que en la anterior y que las conexiones en cuerdas superiores nuevamente fallaron en los taquetes. Por lo que nos hace pensar que en el diseño de cerchas debemos de proteger más los mecanismos de falla utilizando conectores de acero, tomando en cuenta que las placas de madera tuvieron buen comportamiento, así como los extremos de los miembros de la cercha, pues su confinamiento respondió adecuadamente a las expectativas esperadas.

4.7.- Conclusiones Este capítulo ha sido la vertiente de todo lo tratado en los capítulos anteriores, ya que el tema central de la tesis se refiere a las conexiones con bambú, donde se han tocado puntos importantes como es el subtema 4.2 “El ámbito de las estructuras ligeras utilizando bambú”, y también lo relacionado con los modelos de uniones que hasta la fecha se conocen y las que se proponen en esta investigación; al respecto puedo comentar que para mi todo lo que se diseñe y construya con bambú es una estructura ligera, lo importante no es tanto lo ligero que en sí es una cualidad, sino, la funcionalidad que se logre en cuanto a la rigidez, resistencia, durabilidad, preservación, etc., y por otro lado podemos decir que es fundamental diseñar conexiones que cumplan con todo lo anterior y que logren transmitir las fuerzas de acuerdo al proyecto, compensando la presencia de esfuerzos nocivos con medidas de refuerzo diseñadas adecuadamente según sea el tipo de estructura. Los modelos de cerchas que se probaron en el laboratorio de estructuras del Instituto de Ecología de Xalapa evidencian que salvo raras excepciones, debemos utilizar los conectores metálicos o tornillos, para darle al conjunto un mejor comportamiento mecánico para evitar fallas como las que se presentaron en las pruebas. Por otro lado es necesario mencionar que dentro de algunos rangos de deformación, también se recomendaría reforzar los extremos de los tubos a conectar con otro bambú de menor diámetro fijado con alguna resina o con mortero de matriz de cemento. La fibra es fundamental para darle mayor estabilidad dimensional. Al respecto de las pruebas de uniones en el laboratorio es muy importante considerar que las fallas en su totalidad fueron frágiles con la rajadura clásica como un efecto de los esfuerzos inducidos en las juntas y que en mayor o menor grado el buen diseño forma parte del buen comportamiento estructural ante solicitaciones de proyecto.