DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE FUERZA A TENSIÓN EN LAS UNIONES...
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DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE FUERZA A TENSIÓN EN LAS UNIONES DE ESTRUCTURAS DONDE EL ELEMENTO RESISTENTE PRINCIPAL ES EL BAMBÚ GUADUA (ANGUSTIFOLIA KUNTH), UTILIZANDO POLIPROPILENO DE ALTA RESISTENCIA (PPR) COMO MATERIAL DE RELLENO. DIANA CAROLINA VARGAS BARRERA DORA PATRICIA NIÑO FONSECA UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C. 2017
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DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE FUERZA A TENSIÓN EN LAS
UNIONES DE ESTRUCTURAS DONDE EL ELEMENTO RESISTENTE
PRINCIPAL ES EL BAMBÚ GUADUA (ANGUSTIFOLIA KUNTH), UTILIZANDO
POLIPROPILENO DE ALTA RESISTENCIA (PPR) COMO MATERIAL DE
RELLENO.
DIANA CAROLINA VARGAS BARRERA
DORA PATRICIA NIÑO FONSECA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2017
DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE FUERZA A TENSIÓN EN LAS
UNIONES DE ESTRUCTURAS DONDE EL ELEMENTO RESISTENTE
PRINCIPAL ES EL BAMBÚ GUADUA (ANGUSTIFOLIA KUNTH), UTILIZANDO
POLIPROPILENO DE ALTA RESISTENCIA (PPR) COMO MATERIAL DE
RELLENO.
DIANA CAROLINA VARGAS BARRERA
DORA PATRICIA NIÑO FONSECA
MONOGRAFÍA PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
Director del Proyecto:
RODOLFO FELIZZOLA
Ingeniero Civil
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD TECNOLÓGICA
INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2017
Nota de Aceptación
Presidente del Jurado
Jurado
Jurado
Dedicatoria:
Dedicado a nuestros hijos que
son el motor de nuestras vidas,
nuestros padres que son
nuestros maestros y demás
familiares que colaboraron con
este logro.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos principalmente a Dios, a nuestros padres que han sido el apoyo
más grande para alcanzar este logro profesional, ha sido un camino con muchos
tropiezos y dificultades, pero que con su apoyo hemos sacado adelante.
A los docentes, por su paciencia y entrega en esa hermosa labor de enseñar, a
todas aquellas personas que contribuyeron para la obtención de este tan anhelado
objetivo.
RESUMEN
La guadua es un material natural de gran reconocimiento en la construcción de
estructuras por su gran resistencia, además es un material duradero, ecológico
y sostenible.
Las construcciones en Colombia hechas en estructura guadua, se encuentra
normalizadas por el “Reglamento Colombiano de Construcción Sismo
Resistente, en adelante NSR-10-1 Titulo G – Estructuras de Madera y
Estructuras en Guadua. – Capitulo G-12”. Para las uniones de estructuras
donde el elemento resistente principal que recibe grandes fuerzas es de
guadua, se recomienda rellenar las uniones en los cañutos con mortero de
cemento y realizar las conexiones con elementos metálicos, para que se
garantice el trabajo de la estructura en conjunto.
Partiendo del procedimiento y requisitos solicitados en el reglamento NSR-10
Capitulo G-12, se realizaron ensayos para determinar la resistencia a tensión
de una unión en guadua con corte boca de pescado, con elementos conectores
(varilla y pernos), sustituyendo el mortero de cemento por Polipropileno de Alta
Resistencia en adelante PP pretendiendo determinar que este tipo de unión
cumple los requerimientos de diseño del reglamento.
Palabras Claves: Guadua Angustifolia Kunth, Conexión, Polipropileno De
Alta Resistencia, Conectores, Pernos.
1 Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente. NSR – 10. 47.663 ed. Bogotá D.C. 2010. G103 - 132 p.
ABSTRACT
The bamboo is a natural material of great recognition in the construction of
structures by their great resistance, It is also durable, eco-friendly and
sustainable material.
Constructions in Colombia made bamboo, in structure is standardized by the
“Regulation Colombian Construction Earthquake Resistant”, hereinafter NSR-
10- Titulo G - Structures of wood and bamboo structures - Chapter G-12”.
For joints in structures where the main resistant element that receives large
forces is bamboo, It is recommended to fill the joints in the coverings with
cement mortar and making connections with metal elements, to ensure the work
of the structure as a whole.
Based on the procedure and requirements requested in the regulation NSR-10
Chapter G-12, tests were carried out to determine the resistance to stress of a
union in bamboo with cutting mouth of fish, with elements connectors (rod and
bolts), replacing cement by high-strength polypropylene on mortar PP
pretending to determine that this type of union, it complies with the
requirements of design of regulation.
TABLA DE CONTENIDO
1. OBJETIVOS ............................................................................................................. 16
1.1. OBJETIVO GENERAL ...................................................................................... 16
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................. 16
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ...................................................................... 17
2.1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ........................................................................ 17
2.2. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................... 17
3. MARCO DE REFERENCIA. ..................................................................................... 18
3.1. GUADUA ........................................................................................................... 18
3.2. POLIPROPILENO ............................................................................................. 25
3.3. MAQUINA INYECTORA ................................................................................... 27
3.4. MAQUINA UNIVERSAL .................................................................................... 29
4. EQUIPOS Y MATERIALES ...................................................................................... 31
4.1. Equipos y Materiales Utilizados .................................................................... 31
4.1.1. Equipos ..................................................................................................... 31
4.1.2. Materiales .................................................................................................. 32
5. METODOLOGÍA ...................................................................................................... 35
5.1. Descripción Del Modelo ...................................................................................... 35
5.2. Hipótesis Del Modelo .......................................................................................... 35
5.3. Proceso y armado los moldes de guadua...................................................... 36
5.3.1. Compra de la guadua ............................................................................... 36
5.3.2. Realizar Las Perforaciones Para Colocar Los Pernos ........................... 37
5.1.3. Perforaciones para inyección de POLIPROPILENO DE ALTA
RESISTENCIA (PP) ................................................................................................ 38
5.1.4. Armado de los moldes ............................................................................. 38
5.1.5. Inyección de PP en las uniones............................................................... 39
5.2. Ensayo a tensión de las uniones. ................................................................... 40
5.3. Realizar el informe. .......................................................................................... 42
6. DESARROLLO DEL PROYECTO ............................................................................ 43
6.1. Caracterización de la guadua ......................................................................... 43
6.2. Descripción física de las fallas en las conexiones ....................................... 45
6.3. Resultados. ...................................................................................................... 47
6.3.1. Para calcular el valor del esfuerzo a tensión a 5mm de elongación se realizó: ... 47
7. PROGRAMACIÓN ................................................................................................... 59
8. COSTOS DEL PROYECTO ..................................................................................... 60
9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................ 61
9.1. Conclusiones ......................................................................................................... 61
9.2. Recomendaciones ............................................................................................... 62
10. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 63
11. REGISTRO FOTOGRÁFICO: GRÁFICO .............................................................. 65
ANEXO A ........................................................................................................................ 80
ANEXO F......................................................................................................................... 81
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Resistencia a tensión del bambú 24
Tabla 2. Propiedades Polipropileno 27
Tabla 3. Caracterización de la guadua 44
Tabla 4. Cargas admisibles para uniones empernadas con doble
Cizallamiento 49
Tabla 5. Porcentaje de aceptabilidad comparación carga T 50
Tabla 6. Porcentaje de aceptabilidad comparación carga Q. 51
LISTA DE FOTOGRAFIAS
Fotografía: 1. Maquina inyectora 31
Fotografía: 2. Maquina universal de ensayos 31
Fotografía: 3. Mordazas superior 32
Fotografía: 4. Mordaza inferior 32
Fotografía: 5. Probeta corte a 90º 32
Fotografía: 6. Varillas 3/8 figurada 33
Fotografía: 7. Perno 3/8 con arandela y tuerca 34
Fotografía: 8. Polipropileno 34
Fotografía: 9. Polipropileno 34
Fotografía: 10. Perforaciones para pernos 37
Fotografía: 11. Perforaciones guadua vertical 37
Fotografía: 12. Perforaciones guadua horizontal 37
Fotografía: 13. Perforación guadua horizontal 38
Fotografía: 14. Perforación guadua vertical 38
Fotografía: 15. Colocación probeta para inyección 35
Fotografía: 16. Cierre Puertas para Inyección 39
Fotografía: 17. Inyección PP 39
Fotografía: 18. Inyección PP 40
Fotografía: 19. Inyección Terminada 40
Fotografía: 20. Probetas Inyectadas 40
Fotografía: 21. Mordazas no agarran la probeta 40
Fotografía: 22. Dispositivo 41
Fotografía: 23. Montaje dispositivo 41
Fotografía: 24. Fallas típicas producidas en las uniones 45
Fotografía: 25. Falla perpendicular 46
Fotografía: 26. Corte longitudinal guadua fallada 46
Fotografía: 27. Polipropileno después de fallada la probeta 47
Fotografía: 28. Polipropileno después de fallada la probeta 47
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Partes de la guadua 21
Figura 2. Selección de probetas 23
Figura 3. Trazo a mano 23
Figura 4. Corte taladora 23
Figura 5. Corte taladora 23
Figura 6. Corte copa sierra 23
Figura 7. Partes maquina inyectora 27
Figura 8. Partes maquina universal 29
Figura 9. Datos maquina universal 30
Figura 10. Grafica Esfuerzo Deformación 33
Figura 11. Diagrama de Armado y Falla de Probetas 36
Figura 12. Unión Vista Frontal y Superior 39
Figura 13. Unión Corte Longitudinal 39
Figura 14. Medidas de diámetro de la guadua 43
Figura 15. Ejemplo de interpolación realizada 48
Figura 16. Cargas admisibles carga T 48
Figura 17. Cargas admisibles Carga Q 49
Figura 18. Cargas valor teórico (T) comparado con valor obtenido 50
Figura 19. Cargas valor teórico (Q) comparado con valor obtenido 52
Figura 20. Histograma carga Q 57
Figura 21. Histograma carga T 57
Figura 22 Histograma esfuerzos 58
LISTA DE ANEXOS
Anexo A. Certificación de calidad guadua
Anexo B. Grafica acero
Anexo C. Tabla completa Caracterización de la guadua.
Anexo D. Graficas a 5mm
Anexo E. Programación proyecto de grado
Anexo F. Ficha técnica maquina universal
GLOSARIO
Arandela: Pieza metálica en forma de corona para repartir la fuerza en un área
mayor.
Basa: Segundo segmento del culmo, a continuación de la cepa, con longitud
entre 4 y 6m.
Calar: Perforar, cortar y extraer partes del material para variar su forma
mediante perforaciones, para obtener la figura deseado.
Cantear: Desbaste para emparejar una cara a piezas de cualquier tamaño.
Conector: Elemento metálicos que incluyen clavos, tornillos, pernos,
multiclavos de dientes integrales, anillos partidos, platinas de corte y cartelas,
los cuales se emplean como medio de unión de dos o más maderas o de
maderos con otros materiales.
Culmo: Eje aéreo segmentado de los bambúes, formado por nodos y
entrenudos, que emerge del rizoma; es el equivalente al tallo de un árbol.
Diámetro externo: Diámetro de una sección transversal de una pieza de
guadua medido desde dos puntos opuestos en la superficie externa.
Ensamblar: Acción de unir piezas que encajen entre sí para dar estructura y
estabilidad al producto final.
Espesor de pared: Grosor de la pared de una probeta de guadua Angustifolia
Kunt en mm.
Fisura: Defecto consistente en la separación de los elementos de la guadua en
dirección longitudinal en una hendidura longitudinal leve.
Guadua: Especie de bambú muy grueso y alto, con púas y canutos de cerca de
medio metro.
Luz: Espacio libre entre los soportes del culmo en el equipo utilizado para el
ensayo a flexión.
Mortero: Mezcla de arena y cemento utilizado para unir ladrillos o pañetar
muros o techos.
Muestra: Cantidad o grupo de probetas o especímenes.
Perforado: Orificio que deja la broca o el barreno.
Perno: Elemento de acero para unión de maderas, provisto de cabeza
hexagonal en un extremo y rosca en el otro.
Polipropileno: (PP) Es el polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se
obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de
las poliolefinas
Probeta: Segmento o pieza de guadua que se usa para ensayos o pruebas de
laboratorio con medidas específicas.
Tensión: Es la fuerza interna aplicada, que actúa por unidad
de superficie o área sobre la que se aplica. También se llama tensión, al efecto de
aplicar una fuerza sobre una forma alargada aumentando su elongación
Trozar: Dividir en segmentos un culmo.
Tuerca: Complemento metálico, generalmente hexagonal, provisto de rosca
interior para acoplarse a los pernos y asegurarlos en su posición.
Varilla: Barra larga y delgada.
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INTRODUCCIÓN
En Colombia las construcciones en guadua Angustifolia Kunth se encuentran
normalizadas para el diseño estructural y sismo resistente de estas, en el
Reglamento NSR-10 Titulo G – Estructuras de Madera y Estructuras en guadua. –
Capitulo G-12 , apoyados en este documento se realizaron ensayos a tensión en
30 probetas, utilizando pernos y varillas como conectores y PP como material de
relleno (material de relleno sugerido por la NSR-10 es mortero y cemento con
relación 1:3).
Este proyecto pretende determinar la resistencia a tensión de una unión
empernada en guadua utilizando un material de relleno diferente al determinado
en el Reglamento NSR-10, ya que en la actualidad no existen estudios con
información de materiales de relleno alternativo en estructuras de guadua.
Para el entendimiento del presente documento se requiere que el lector cuente
con conocimientos básicos en estructura y en el Reglamento Colombiano De
Construcción Sismo Resistente NSR-10 Titulo G.12 Estructuras En Guadua
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1. OBJETIVOS
1.1. OBJETIVO GENERAL
Determinar la resistencia admisible a tensión en uniones empernadas de
estructuras en guadua, utilizando PP como material de relleno.
1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Analizar los resultados de los ensayos en cuanto al comportamiento de las
uniones empernadas de estructuras en guadua sometida a cargas a
tensión, utilizando PP.
Determinar si al remplazar el mortero de cemento por PP en las uniones de
estructuras de guadua sometidas a cargas a tensión tienen mejor
desempeño.
Fijar las ventajas y desventajas de usar conexiones inyectadas con PP
dadas en el Capítulo G-12 Reglamento NSR-10
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2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
2.1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Dentro del Reglamento NSR-10 – CAPITULO G12 se establecen los requisitos
para el diseño estructural y sismo resistente de estructuras construidas en guadua,
con niveles de seguridad equivalentes a estructuras diseñadas con otros
materiales. Dentro del Reglamento se establece rellenar las uniones de los
apoyos con mortero de cemento.
Debido a que no hay información de un material alternativo para el relleno de
conexiones de estructuras en guadua, se evaluara una unión cambiando el
material de relleno recomendado en el Reglamento NSR-10 – CAPITULO G-12
(mortero de cemento), por PP., y se espera obtener cargas y esfuerzos superiores
a tensión.
2.2. JUSTIFICACIÓN
En este proyecto de grado se generaron una serie de ensayos de uniones
empernadas a tensión de estructuras de guadua, utilizando en las conexiones PP
como material de relleno. Cumpliendo con los requisitos establecidos en el
reglamento NSR-10. Se busca determinar el cambio del material de relleno
exigido en la norma (mortero relación 1:3) por otro material que cumpla con las
mismas o mejores propiedades mecánicas.
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3. MARCO DE REFERENCIA.
3.1. GUADUA
Las cañazas o tacuaras también conocidas como Bambú Americano (Guadua) son
un género de plantas de la subfamilia del bambú, de la familia de las poáceas.”
En el año de 1806 fue descrita por Alexander von Humboldt y Amadeo
Bonpland quienes vieron esta planta en Colombia y la llamaron Bambusa guadua,
luego en 1822 fue clasificada por Carl Sigismund Kunth como Guadua angustifolia.
Se considera como una de las plantas nativas más representativas de
los bosques andinos.
Este recurso se utilizaba ya desde épocas remotas por parte de los primitivos
pobladores de los Andes, y actualmente sigue siendo usada, especialmente en la
región centro-occidental de Colombia.
No se sabe a ciencia cierta el origen de la palabra guadua, aunque ciertos
especialistas creen que podría ser venezolano. Estas versiones emergen de las
variantes “guaduas”, “guafa” con las cuales se conoce esta planta en este país. Y
también se suele emplear el término “guasdua” como hace referencia la ciudad
de Guasdualito, en Venezuela.
Su uso es tan antiguo que, según el libro ‘Nuevas técnicas de construcción en
bambú’ (1978), en el Ecuador se han encontrado improntas de bambú en
construcciones que se estima tienen 9500 años de antigüedad.
Puentes colgantes y atirantados de impresionante precisión de ingeniería,
poderosas embarcaciones así como flautas, quenas y marimbas, fueron realizados
por los incas con este recurso durante la época de pre conquista, y después de
ella durante la colonia, la especie fue la encargada de proteger a los indios y hasta
pequeños pueblos del asedio de los españoles escondiéndolos tras sus
espesuras.
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Colombia, Ecuador y Panamá son los países de América que registran mayor
tradición de uso, de hecho en estas zonas existieron las mayores extensiones de
la especie en el continente.
En Colombia la guadua ha sido sometida a grandes presiones deforestadoras; de
extensas áreas existentes ha pasado a pequeñas manchas boscosas ubicadas en
las orillas de los ríos y en los bosques húmedos de las laderas de montaña,
especialmente en los departamentos de Quindío, Risaralda, Caldas, Tolima, Valle
del Cauca, Cundinamarca y Santander. La guadua es una planta de la familia del
bambú, que aporta grandes beneficios a la tierra y a las personas, pues con ella
se puede construir casi todos los elementos de una casa. Es de muy rápido
desarrollo, toma de 4 a 6 años para madurar y comienza su proceso de
descomposición aproximadamente a los 10 años.
En la conquista española y, mucho después, la colonización antioqueña al viejo
Caldas, la guadua fue un importante material empleado en la construcción de sus
casas, de los utensilios caseros, herramientas de caza, ganadería y agricultura y
hasta los acueductos. 2
SISMORRESISTENCIA: sismo resistencia nsr-10 – Pero una noticia nos dice que
el 35% de la población nacional se encuentra en un alto riesgo de movimiento
telúrico debido a su ubicación geográfica. Cerca de 475 municipios se encuentran
bajo alerta sísmica “alta” lo cual lleva a las autoridades a analizar las directrices de
resistencia que tienen las construcciones en el país, el cuidado de las vidas
humanas y la defensa del patrimonio de las personas. Una noticia de caracol
Radio nos dice que veinticuatro departamentos de Colombia son vulnerables a
temblores de tierra: Chocó, Risaralda, Quindío, Caldas, Valle del Cauca, Cauca,
Nariño, Putumayo, Huila, Santander y Norte de Santander están ubicados según
el mapa de amenaza sísmica de Colombia en zonas de alto riesgo. Por lo cual
2 VELEZ, Simón. “Arquitectura en Guadua”. (en línea). Disponible en [https://kuentame.wordpress.com/category/arquitectura/] consultado el 29 de abril de 2017
20
recomendamos que al pensar en construir no piense simplemente en economía,
piense en resistencia y duración como además en la seguridad de su familia.
GRAN DURACION: son viviendas que aún están registradas en libros de la
colonia y especialmente aquí en el Eje Cafetero, Popayán y la historia Antioqueña;
y es que aún existen, eso sí, algunas con cambios de piezas, pero existen. Son
viviendas con más de 150 años ahí, sostenidas con guadua, bahareque, cal y
otros conocimientos tradicionales. Desde que el material esté bien procesado son
casas para toda la vida.3
3 ACERO VEGETAL. GUADUA BAMBÚ COLOMBIA. “Construcción Con Guadua”. (En línea). Disponible en: [https://guaduabambucolombia.com/construccionesenguadua/]. Consultado el 04 de abril de 2017.
21
Partes de la Guadua
Figura 1. Partes de la guadua
Fuente: Guadua Bambuco Colombia
22
Corte Tipo Boca de Pescado Guadua Rolliza
Con el fin de destinar el tratamiento de la guadua para fines constructivos se han
venido desarrollando técnicas para ensamblar la guadua mediante pernos o tacos
de madera dura. Para ello se hace necesario un tipo de corte que permita encajar
o ensamblar una guadua en otra, uno de ellos es conocido como “boca de
pescado” y ello se debe a su forma.
En la actualidad, se utilizan diferentes métodos para realizar este corte teniendo
en cuenta ciertas especificaciones como lo son el no exceder la distancia de corte
al entrenudo (4 cm) y establecer ángulos de corte correspondientes a 45, 60 y 90
grados según sea la necesidad.
En relación a los métodos, se encuentra que este proceso se lleva a cabo de
forma manual de manera rudimentaria, en donde el primer paso, teniendo en
cuenta las especificaciones mencionadas con anterioridad, se realiza un trazado a
mano de las medidas y el arco de corte, tal como se aprecia en las figuras 1 y
2.Como segundo paso, se realiza el corte del trazado generado en el paso
anterior.
En esta instancia, nos encontramos con 2 alternativas de corte, ambas de ellas
manuales; la primera de ellas la observamos en las figuras 2, 3, 4 y 5, y se realiza
a través de una taladora siguiendo la referencia del trazado. La segunda, se
ejecuta por medio de una copa sierra (figura 6) ayudada por un taladro siguiendo
la referencia del trazado.4
4 GRUPO DE DISEÑO – CAP. “Sistema De Corte Tipo Boca De Pescado Para Guadua Rolliza”. (En línea). Disponible en [http://www.javerianacali.edu.co/sites/ujc/files/node/field-documents/field_document_file/sistema_de_corte_tipo_boca_de_pescado_para_guadua_rolliza1.pdf]. Consultado por última vez el 28 de marzo de 2017.
23
Figura 2. Selección de Probetas Figura 3. Trazo a Mano
Figura 4. Corte Taladora Figura 5. Corte Taladora
Figura 6. Corte Copa Sierra
Fuente: Imágenes tomadas de internet. Disponible en Youtube.com [Tracado de boca de peixe]
24
Resistencia a tensión del bambú con la presencia o ausencia de nudos
Tabla 1. Resistencia a tensión del bambú.
Fuente: Estructura Interna De La Guadua y Su Incidencia En Las Propiedades Mecánicas
[http://www.revistas.unal.edu.co/index.php/dyna/article/view/944/11635]
Las propiedades de los culmos de bambú están determinadas por su estructura
anatómica, ya que ella define las propiedades mecánicas y por tanto el uso final
del material (Líese, 1998).
La estructura interna de los bambúes se encuentra conformada por una matriz de
parénquima, y haces vasculares, los cuales se componen a su vez de tejido
conductivo, células de parénquima y de fibras.
La sección transversal de la pared del culmo de los bambúes está compuestos por
un 52% de tejido de parénquima, un 40% de fibras y un 8% de tejido conductivo
(Liese, 1998). Londoño etal. (2002), encontraron que la GAK se encuentra
compuesta por un 51% de tejido de parénquima, un 40% de fibras y un 9% de
tejido conductivo.
A través de la pared del culmo en otros bambúes, el porcentaje de fibra decrece
de la zona externa a la interna, mientras que el porcentaje de parénquima es
mayor en la zona interna que en la externa. El porcentaje de tejido conductivo
crece de la zona externa a la interna (Liese, 1998).
SIN NUDO CON NUDO % DE
(Mpa) (Mpa) VARIACION
Tensión Longitudinal 263,4 212,8 -19,2
PROPIEDADES
25
En un corte transversal del culmo de la GAK, se diferencian cuatro zonas, cuyas
diferencias se deben a la forma y tamaño de los haces vasculares en cada una de
ellas : a) periferia, que corresponde al 4,5% del espesor de la pared del culmo; b)
transición, al 10,7%; c) media, al 73,9% y d) interna, que corresponde al 10,8% del
espesor de la pared del culmo (Londoño et al, 2002).
Las células de parénquima recubren el tejido conductivo y las células de fibra. Las
células de parénquima son más pequeñas en la zona externa de la pared del
culmo y aumentan su tamaño hacia la zona interna. La longitud de éstas varía
entre 20 y 80 um y su espesor entre 25 y 40um, y se encuentran unidas por
conectores especiales que le dan la apariencia de un material sólido (Grosser y
Liese, 1971).
El conocimiento de las estructuras de las células de las fibras ayuda al
entendimiento de las propiedades mecánicas de los materiales biológicos, y se
convierte en parte fundamental para el diseño y producción de nuevos materiales.
Cuando se modela un material vegetal, es importante conocer a nivel jerárquico
que parte del elemento es importante y la que se quiere conocer, dada la compleja
estructura que forman las células de fibras (Bruce M, 2003) Wang Zheng Guo
Wenjing (2002), encontró una distribución de fibras en el culmo del bambú
Yunnanicus, en donde se diferenciaron una serie de fibras largas y cortas.5
3.2. POLIPROPILENO
El polipropileno (PP) es el polímero termoplástico, parcialmente cristalino, que se
obtiene de la polimerización del propileno (o propeno). Pertenece al grupo de
5 OSORIO, Jairo; VÉLEZ, Juan & CIRO, Héctor. “Estructura Interna De La Guadua Y Su Incidencia
En Las Propiedades Mecánicas”. (En Línea). Disponible en:
[http://www.revistas.unal.edu.co/index.php/dyna/article/view/944/11635]. Visto por última vez el 01
de Abril de 2017.
26
las poliolefinas y es utilizado en una amplia variedad de aplicaciones que incluyen
eMPaques para alimentos, tejidos, equipo de laboratorio, componentes
automotrices y películas transparentes. Tiene gran resistencia contra diversos
solventes químicos, así como contra álcalis y ácidos.
El polipropileno ha sido uno de los plásticos con mayor crecimiento en los últimos
años y se prevé que su consumo continúe creciendo más que el de los otros
grandes termoplásticos (PE, PS, PVC, PET). En 2005 la producción y el consumo
de PP en la Unión Europea fueron de 9 y 8 millones de toneladas
respectivamente, un volumen sólo inferior al del PE.1
El PP es transformado mediante muchos procesos diferentes. Los más utilizados
son:
Moldeo por inyección de una gran diversidad de piezas, desde juguetes hasta
parachoques de automóviles.
Moldeo por soplado de recipientes huecos como por ejemplo botellas o
depósitos de combustible
Termoformado de, por ejemplo, contenedores de alimentos. En particular
se utiliza PP para aplicaciones que requieren resistencia a alta temperatura
(microondas) o baja temperatura (congelados).
Producción de fibras, tanto tejidas como no tejidas.
Extrusión de perfiles, láminas y tubos.
Producción de película, en particular
Tiene gran resistencia contra diversos solventes químicos, así como contra
álcalis y ácidos.
Una gran parte de los grados de PP son aptos para contacto con alimentos y una
minoría puede ser usada en aplicaciones médicas o farmacéuticas.6
6 POLIETILENO-3, “Aplicaciones Del Polipropileno” (En línea) Artículo disponible en: [http://polietileno-3.blogspot.com.co/] Consultado por última vez el 13 de marzo de 2017.
27
PROPIEDADES POLIPROPILENO
Tabla 2. Propiedades Polipropileno
Fuente: Plasticbages Industrial, S.L.
[http://www.plasticbages.com/caracteristicaspolipropileno.html]
3.3. MAQUINA INYECTORA
Figura 7. Partes maquina inyectora
Fuente: Tecnología de los Plásticos
[http://tecnologiadelosplasticos.blogspot.com.co/2011/06/inyeccion-de-materiales-plasticos-i.html]
28
Funcionamiento Maquina Inyectora
La máquina con la que se lleva a cabo el proceso de inyección de plástico se
llama inyectora de plástico. Su función es la de proveer de materia prima al molde
que se encargará de darle forma y enfriarla. Como su nombre indica, la materia
prima que utiliza esta máquina es el plástico. Básicamente, el funcionamiento de la
máquina inyectora de plástico consta de tres principios:
1. Se eleva la temperatura para fundir el plástico a un grato tal que pueda fluir
cuando se le aplica presión. Este incremento de temperatura suele llevarse a cabo
en una parte de la máquina conocida como barril. En este barril se depositan
gránulos del plástico que, al calentarse, forman una masa viscosa y de
temperatura uniforme. Es importante mencionar en este punto que el plástico no
es un buen conductor de calor, por lo que el proceso de incremento de
temperatura debe combinarse con un proceso de corte a velocidad para que sea
más eficiente el fundido.
2. La masa viscosa que se obtiene de la fundición de los gránulos de plástico
se inyecta por medio de un canal que irá disminuyendo su profundidad de forma
gradual. De esta manera, la presión ejercida dentro de ese canal “empujará” la
masa viscosa para que pase a través de la compuerta directamente al molde.
3. Dentro del molde, la masa viscosa es sometida a la presión del mismo
hasta que se enfría y se solidifica. Ya en estado sólido, la pieza es retirada para su
posterior decoración o eMPaque, según la finalidad.
4. Cuando se obtiene una pieza ya solidificada, el proceso de inyección de
plástico puede reiniciarse para continuar con la producción.
29
Un aspecto importante del proceso de inyección de plástico es que no produce
contaminación directa al no emitir gases contaminantes ni altos niveles de ruido.7
3.4. MAQUINA UNIVERSAL
En ingeniería se denomina maquina universal a una maquina semejante a una
prensa con la que es posible someter materiales a ensayos a tracción y
compresión para medir sus propiedades. La presión se logra mediante placas o
mandíbulas accionadas por tornillos o un sistema hidráulico.
Los términos ensayo de tensión y ensayo de comprensión se usan normalmente a
la hora de hablar de ensayos en los cuales una probeta preparada es sometida a
una carga uniaxial gradualmente creciente (estática) hasta que ocurre la falla. En
un ensayo de tensión simple, la operación se realiza sujetando los extremos
opuestos de la pieza de material y separándolos.
Figura 8. Partes maquina universal
Fuente: Universidad Distrital. Laboratorio de Mecánica.
7 QUIMINET. “El Funcionamiento De La Máquina Inyectora De Plástico” (en línea). disponible en: [https://www.quiminet.com/articulos/el-funcionamiento-de-la-maquina-inyectora-de-plastico-2643461.htm] consultado por última vez el 19 de Abril de 2017.
30
La máquina universal impone la deformación desplazando el cabezal móvil a una
velocidad seleccionable. La celda de carga conectada a la mordaza fija entrega
una señal que representa la carga aplicada “load” en toneladas fuerza (Tf). La
máquina también poseen un potenciómetro lineal el cual toma los datos de
posición los cuales denomina “Stroke” en milímetros (mm); resultando así una
tabla de datos donde tenemos una relación de la carga y el estiramiento del
material como lo muestra la siguiente tabla.8
Figura 9. Datos Maquina Universal.
Fuente: Universidad Distrital. Laboratorio de Mecánica.
8 UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS. (En línea). Disponible en: [http://www.udistrital.edu.co:8080/web/laboratorio-mecanica/inicio]. Consultado por última vez el 21 de Abril de 2017.
31
4. EQUIPOS Y MATERIALES
4.1. Equipos y Materiales Utilizados
4.1.1. Equipos
Maquina inyectora: La inyección de PP se realizó con la maquina inyectora
(Injection Molding Machine).
Fotografía: 1. Máquina Inyectora
Fuente: Archivo personal del autor.
Máquina Universal de Ensayos. Los ensayos a tensión de las probetas de
guadua se realizaron en el laboratorio de Mecánica de la Universidad Distrital
Francisco José de Caldas – Facultad Tecnológica, en la Máquina Universal
(Ref. UH 50 - A SHIMATZU)
Fotografía: 2. Maquina Universal de Ensayos
Fuente: Archivo personal del autor.
32
Mordazas de ajuste para maquina Universal. Para realizar el ensayo a
tensión fue necesario el diseño y fabricación de un elemento, que permitiera
sujetar las conexiones a las mordazas de la maquina universal, porque los
diámetros de las probetas utilizadas eran mayores a la distancia de abertura
de la máquina.
Fotografía: 3. Mordaza Superior Fotografía: 4. Mordaza Inferior
Fuente: Archivo personal del autor
4.1.2. Materiales
Probetas de guadua. Para el desarrollo de proyecto se construyeron 30
probetas en guadua, las cuales fueron adquiridas en Arme Ideas En
Guadua – Soacha –Cundinamarca, donde garantizaron la calidad de la
guadua, que cumpliera con las propiedades solicitadas en el reglamento
NSR-10. ANEXO A
Fotografía: 5. Probeta Cortad a 90º
Fuente: Archivo personal del autor
33
Varilla 3/8”. Para la realización de conexiones en la unión empernada de
guadua, se utilizó varilla corrugada de 3/8” comercial G-60 W, figurada en
los extremos ANEXO B (grafica Acero).
Fotografía: 6. Varillas 3/8 figurada
Fuente: Archivo personal del autor
Figura: 10. Grafica Esfuerzo Deformación
Fuente: Archivo personal del autor
34
Pernos 3/8” Longitud 6” grado 5. Para las conexiones en la unión
empernada de guadua se utilizaron pernos 3/8”con arandela y tuerca. Con un
esfuerzo de rotura de 420 MPa (según dato del Proveedor)
Fotografía: 7. Perno 3/8 con Arandela y Tuerca
Fuente: Archivo tomado de internet.
Polipropileno (PP). Como material de relleno en las uniones se utilizó
polipropileno de alta resistencia triturado.
Fotografía: 8. Polipropileno Fotografía: 9. Polipropileno
Fuente: Archivo personal del autor
35
5. METODOLOGÍA
5.1. Descripción Del Modelo
Se evaluaron 30 muestras de una unión con 2 culmos ubicados perpendicularmente
y con el corte boca de pescado, se unieron con pernos de diámetro 3/8” longitud 6” y
grado 5 y una varilla corrugada del mismo diámetro de los pernos figurada con
argollas en los extremos de esta, el material de relleno utilizado es PP.
Después de realizar una investigación se determinó que se han realizado algunos
estudios con la unión de corte boca de pescado, pero los elementos de unión se
encuentran distribuidos de otra forma, y no se encontró ningún estudio con material de
relleno PP.
5.2. Hipótesis Del Modelo
En el presente documento se determinara las cargas y esfuerzos del tipo de unión
antes descritos, a partir de:
Falla por cortante en las paredes de la guadua.
falla a cortante por alguno de los elementos de unión
Falla por la tensión de la guadua.
falla perpendicular a la fuerza.
36
5.3. Proceso y armado los moldes de guadua.
Figura 11. Diagrama de Armado y Falla de Probetas:
Fuente: Archivo personal del auto
5.3.1. Compra de la guadua
Para escoger la guadua que se utilizó se hizo en un lugar donde nos garantizaron
la calidad de la guadua según lo estipulado en la NRS-10 – Capitulo G.12 – Literal
G.12.3.1 Y G.12.3.2. y NTC 5300. En empresa ARME IDEAS EN GUADUA
ubicada en Soacha – Cundinamarca, nos garantizaron los manejos de corte,
secado e inmunizado; cortada en horas día en cualquier tiempo y vinagrada
durante 15 días preservada en sales de bórax y pentaborato. Se utilizó guadua de
la basa con diámetros entre 10cm hasta 12cm la cual es recomendada para el uso
de columnas y vigas, se compraron los cortes de guadua con el corte boca de
pescado. ANEXO A (Certificación de la guadua).
COMPRA DE GUADUA
REALI AZAR PERFORACIONES A LA GUADUA PARA COLOCAR
PERNOS
REALIZALIZAR PERFORACIONES A LA GUADUA PARA INYECTAR
POLIPROPILENO DE ALTA RESISTENCIA Y PERFORACIONES
PARA LA SALIDA DE AIRE
ARMADO DE LAS PROBETASINYECCION DE
POLIPROPIELENO A LAS PROBETAS
FALLAR LAS PROBETAS
37
5.3.2. Realizar Las Perforaciones Para Colocar Los Pernos
Se realizaron perforaciones de 3/8 de diámetro en la parte superior de la guadua
vertical a una distancia aproximada de 5cm del borde.
Fotografía: 10. Perforaciones Para Pernos
Fotografía: 11. Perforaciones Guadua Vertical
Fotografía: 12. Perforaciones guadua horizontal
Fuente: Archivo Personal Del Autor
38
5.1.3. Perforaciones para inyección de POLIPROPILENO DE ALTA
RESISTENCIA (PP)
Se realizaron las perforaciones de ½” de diámetro para la inyección de
polipropileno, una en la guadua vertical y otra en la horizontal. Para eliminar el
aire producto de la presión dentro de las probetas, se realizaron 2 orificios de ¼”
de diámetro en la guadua horizontal, y uno en la guadua vertical; en la guadua
horizontal se realizó una perforación en la mitad de la longitud de la guadua. Para
permitir el paso de la varilla de 3/8.
Fotografía: 13. Perforación Guadua Horizontal Fotografía: 14. Perforación Guadua Vertical
Fuente: Archivo Personal Del Autor
5.1.4. Armado de los moldes
Se colocó el perno en la perforación de la guadua horizontal, luego la varilla
corrugada figurada y se pasó el perno a la otra perforación, se colocó arandela y
se ajustó con la tuerca, se ubicó la guadua vertical en la varilla se fijaron con el
perno, ajustado con arandela y tuerca.
39
Figura: 12. Unión Vista Frontal y Superior Figura: 13. Unión Corte Longitudinal
Fuente: Archivo Personal Del Autor
5.1.5. Inyección de PP en las uniones
Con la máquina de inyección (Molding Machine) se realizó la inyección de PP,
con una presión de 50 bar las perforaciones realizadas se colocó la boquilla de la
máquina, se cerraron las compuertas para que permitiera el vaciado del material,
cuando se llenaban las probetas de PP, se retiraba de la boquilla y se dejaba
enfriar (una cantidad de PP se salía del molde por el exceso de vapores que se
generaban).
Fotografía: 15. Colocación Probeta Fotografia: 16. Cierre Puertas para Inyeccion
para Inyección
40
Fotografía: 17. Inyección PP Fotografia: 18. Inyeccion PP
Fotografía: 19. Inyección Terminada Fotografia: 20 Probetas Inyectadas
Fuente: Archivo Personal Del Autor
5.2. Ensayo a tensión de las uniones.
Se diseñó y fabrico un dispositivo para ajustar las conexiones a la maquina
universal para realizar el ensayo a tensión, porque el diámetro de las guaduas
eran mayores a las aberturas de las mordazas de las maquinas que se
consultaron (laboratorio de la Universidad Nacional De Colombia, laboratorio de la
Escuela de Ingenieros, laboratorio de la Universidad Distrital Facultad
Tecnológica, laboratorio de la Universidad Distrital Faculta del Vivero).
41
Fotografía 21. Mordazas No Agarran La Probeta
Fotografía 22. Dispositivo Fotografía 23. Montaje Dispositivo
Fuente: Archivo Personal Del Autor
Se montó el dispositivo diseñado en la máquina de la Universidad Distrital
Facultad Tecnológica, y el laboratorista realizaba la manipulación de la máquina,
y nos entregaba los datos obtenidos de cada uno de los ensayos.
La fuerza a tensión se aplicó en las conexiones hasta el momento en que
visualmente se observó falla en los pernos de la unión, o agrietamiento en alguno
42
de los elementos. Los cálculos y análisis se realizaron en una elongación máxima
5mm.
Una vez falladas las 30 probetas, se procedió a romperlas por la mitad para
poder ver el comportamiento que tuvo el sistema después de haber sido expuesto
a fuerzas de tensión.
5.3. Realizar el informe.
Con la información recopilada en el proceso del proyecto, se inicia la elaboración
del trabajo escrito. Con los datos obtenidos en los ensayos de tensión, se
realizaron las gráficas de esfuerzos vs deformaciones, análisis y conclusiones.
43
6. DESARROLLO DEL PROYECTO
6.1. Caracterización de la guadua
Basándonos en los en la NSR-10 literal G.12.6.6 para la determinación del
diámetro y del espesor real de la pared del culmo:
Se tomaron cuatro medidas dos en los extremos (D1 y D2 Figura.13)y las
otras dos perpendiculares a estas (puntos azules Figura 13)
Se tomaron cuatro (8) mediciones en los mismos puntos donde se tomaron
las del diámetro y se promedia las medidas.
Figura 14. Medidas de diámetro de la guadua
Fuente: Creación del Autor
A continuación se muestran los datos promedios obtenidos en la caracterización
de las uniones evaluadas ANEXO C (tabla completa Caracterización de la
guadua).
44
Tabla 3. Caracterización de La Guadua
Fuente: Creación del Autor
No, PROBETA
Promedio
Diametro
Horizontal
(cm)
Promedio
Diametro
Vertical
(cm)
Promedio
Diametro
Int (cm)
Espesor
Promedio
(cm)
Probeta 1 10,275 11,300 6,550 2,375
Probeta 2 10,450 11,000 6,400 2,300
Probeta 3 10,300 10,500 6,550 1,975
Probeta 4 10,650 10,350 7,050 1,650
Probeta 5 11,050 10,500 7,000 1,750
Probeta 6 10,350 10,500 7,150 1,675
Probeta 7 10,475 10,650 5,350 2,650
Probeta 8 10,825 10,850 7,300 1,775
Probeta 9 10,450 10,650 5,650 2,500
Probeta 10 9,925 10,550 6,350 2,100
Probeta 11 10,300 10,000 6,950 1,525
Probeta 12 10,700 10,300 6,350 1,975
Probeta 13 10,750 10,900 7,700 1,600
Probeta 14 10,925 10,950 7,050 1,950
Probeta 15 10,600 10,700 7,550 1,575
Probeta 16 10,200 10,650 6,800 1,925
Probeta 17 10,575 10,750 7,050 1,850
Probeta 18 10,875 10,650 6,400 2,125
Probeta 19 10,200 10,500 7,000 1,750
Probeta 20 10,450 10,150 5,950 2,100
Probeta 21 10,425 10,800 6,650 2,075
Probeta 22 10,625 10,300 6,900 1,700
Probeta 23 11,275 10,200 5,900 2,150
Probeta 24 10,500 10,500 6,150 2,175
Probeta 25 10,850 10,800 7,500 1,650
Probeta 26 10,600 11,000 7,950 1,525
Probeta 27 10,625 10,650 7,500 1,575
Probeta 28 11,500 10,600 7,300 1,650
Probeta 29 10,350 11,000 7,000 2,000
Probeta 30 10,600 10,700 7,100 1,800
Promedio 10,589 10,632 6,803 1,914
45
6.2. Descripción física de las fallas en las conexiones
Se realizará una descripción de la falla típica y del comportamiento que se
observó en las probetas después de aplicar la carga a tensión.
Los ensayos se realizaron hasta que percibió algún tipo de modificación en
cualquiera de los elementos de la unión en estudio (fisuras en las guaduas
o deformaciones en los pernos), y los cálculos de los esfuerzos se
realizaron con los datos obtenidos a una elongación de 5mm. Como no se
cuenta con una norma que especifique la elongación máxima de un
esfuerzo a tensión en uniones de guadua o madera para el presente trabajo
se tomo la UNE-EN-383 - Determinación de la resistencia al aplastamiento
para los elementos de fijación tipo clavija- Norma Española)
Fotografía: 24. Fallas típicas producidas en las uniones
Fuente: Archivo Personal Del Autor
La falla se presento debido al esfuerzo de tension perpendicular a las fibras en
el elemnto longitudinal, debido a la transmision del esfuerzo en el fleje y el
pasador y se presenta a travez del plano donde esta el pasador.
46
Fotografía: 25. Falla perpendicular
Fuente: Archivo Personal Del Autor
Al abrir las probetas se observa que las paredes de la guadua no presenta
ninguna deformacion procedente de las fuerzas aplicadas, los espesores
de las paredes se encuentran uniformes, en la longitud de la guadua.
Fotografía: 26. Corte longitudinal guadua fallada
Fuente: Archivo Personal Del Autor
No se evidencia rot ura o fallaen el PP, y tampoco se produjo adeherencia
del PP a la guadua, mientras que a la varilla y al perno si.
47
Fotografía: 27. Polipropileno después de fallada la probeta
Fuente: Archivo Personal Del Autor
Se observa la deformación típica que sufre el perno después de ser
sometido a fuerzas de tensión.
Fotografía: 25. Polipropileno después de fallada la probeta
Fuente: Archivo Personal Del Autor
6.3. Resultados.
6.3.1. Para calcular el valor del esfuerzo a tensión a 5mm de elongación se
realizó:
los valores de carga encontrados en el ensayo se multiplican por 9810
para convertirla a Newton.
Se divide la carga sobre el área efectiva para calcular el esfuerzo a 5mm.
Se realiza la gráfica esfuerzo deformación con los datos obtenidos. ANEXO
D (Graficas a 5mm).
48
Se realiza la interpolación para conocer el valor exacto del esfuerzo a 5mm
de elongación, Según Figura .15.
Figura.15. Ejemplo de interpolación realizada
Fuente: Creación del Autor
Con la carga en Newton calculada con la interpolación descrita a las 30
uniones evaluadas, y según el concepto de las Figura 16 carga T y Figura 17
carga Q (ver Tabla 4.) son las cargas que aplican a este tipo de unión al
someterse a cargas a tensión (el elemento de unión utilizado cambia con respecto
a la figura pero se le aplica la misma fuerza), se realizó la comparación con los
valores de la columna T y Q para un perno #3 (perno utilizado en la unión) que se
encuentran en la tabla G.12.11-2 del Reglamento Colombiano de Construcción
Sismo Resistente –Estructuras de Madera y Estructuras en Guadua –NSR-10 –
CAPITULO G.12 y los valores de carga calculados, se determinó el porcentaje de
uniones que dan resultados más altos que los indicados por el reglamento NSR-
10. ANEXO D (Graficas a 5mm).
Figura.16. Cargas admisibles Carga T
Number Load (tf) Carga(N) δ (mm) σ (Mpa)
118 0,196 1922,76 4,988 2,6984E+01
119 0,198 1942,38 5,054 2,7259E+01
0,00200 19,620 0,06600
0,00036 3,56727 0,01200
0,19636 1.926,33 5,000 2,7034E+01
49
Figura.17. Cargas admisibles Carga Q
Fuente: Archivo tomado de internet.
Tabla 4. Cargas admisibles para uniones empernadas con doble cizallamiento.
.
*Según los diámetros promedios obtenidos en las uniones se compara con la carga T y carga Q.
Fuente: Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. Reglamento Colombiano de
Construcción Sismo Resistente. NSR – 10. 47.663 ed. Bogotá D.C. 2010. G-127,128. P
Se realiza la comparación de las cargas T y Q en relación del diámetro y la
carga obtenida y se calculan los porcentajes de los valores que superan lo
requerido en la NSR-10 Titulo G Capitulo 12, ver Tabla 5 y Tabla 6. En las
Figura 18 y Figura 19 se hace el comparativo entre los resultados obtenidos en
los diferentes ensayos y los datos de la Tabla T del Reglamento NSR-10.
50
Tabla 5. Porcentaje de aceptabilidad comparación carga T.
Figura 18. Cargas valor teórico (T) comparado con valor obtenido
1 11,3 2300 3985,53545 173% ALTA
2 11 2300 4165,57125 181% ALTA
3 10,5 2200 4543,25625 207% ALTA
4 10,35 2200 2741,895 125% ALTA
5 10,5 2200 416,636471 19% BAJA
6 10,5 2200 2200,11545 100% IGUAL
7 10,65 2200 3031,29 138% ALTA
8 10,85 2200 2188,24313 99% BAJA
9 10,65 2200 2163,97059 98% BAJA
10 10,55 2200 4793,82 218% ALTA
11 10 2200 2474,79545 112% ALTA
12 10,3 2200 2828,84727 129% ALTA
13 10,9 2200 2256,3 103% ALTA
14 10,95 2200 2745,64588 125% ALTA
15 10,7 2200 3368,1 153% ALTA
16 10,65 2200 2243,09423 102% ALTA
17 10,75 2200 593,505 27% BAJA
18 10,65 2200 3227,49 147% ALTA
19 10,5 2200 1503,85579 68% BAJA
20 10,15 2200 3896,205 177% ALTA
21 10,8 2200 794,61 36% BAJA
22 10,3 2200 1926,32727 88% BAJA
23 10,2 2200 2122,01557 96% BAJA
24 10,5 2200 2344,59 107% ALTA
25 10,8 2200 2158,2 98% BAJA
26 11 2300 4793,82 208% ALTA
27 10,65 2200 1952,19 89% BAJA
28 10,6 2200 2128,77 97% BAJA
29 11 2300 3990,73109 174% ALTA
30 10,8 2200 4296,78 195% ALTA
SUPERIOR
O INFERIOR
MUESTRA De
CARGA
TEORICA T
CARGA (N) %
51
*Según la Tabla 5 y el Grafico 17. Se determina que el 67%, supero los valores establecidos en la
NSR-10 en el Titulo G Capitulo 12.
Y el porcentaje que está por debajo de lo establecido es el 33%.
Tabla 6. Porcentaje de aceptabilidad comparación carga Q.
1 11,3 3840 3985,53545 104% ALTA
2 11 3840 4165,57125 108% ALTA
3 10,5 3522 4543,25625 129% ALTA
4 10,35 3522 2741,895 78% BAJA
5 10,5 3522 416,636471 12% BAJA
6 10,5 3522 2200,11545 62% BAJA
7 10,65 3522 3031,29 86% BAJA
8 10,85 3522 2188,24313 62% BAJA
9 10,65 3522 2163,97059 61% BAJA
10 10,55 3522 4793,82 136% ALTA
11 10 3522 2474,79545 70% BAJA
12 10,3 3522 2828,84727 80% BAJA
13 10,9 3522 2256,3 64% BAJA
14 10,95 3522 2745,64588 78% BAJA
15 10,7 3522 3368,1 96% BAJA
16 10,65 3522 2243,09423 64% BAJA
17 10,75 3522 593,505 17% BAJA
18 10,65 3522 3227,49 92% BAJA
19 10,5 3522 1503,85579 43% BAJA
20 10,15 3522 3896,205 111% ALTA
21 10,8 3522 794,61 23% BAJA
22 10,3 3522 1926,32727 55% BAJA
23 10,2 3522 2122,01557 60% BAJA
24 10,5 3522 2344,59 67% BAJA
25 10,8 3522 2158,2 61% BAJA
26 11 3840 4793,82 125% ALTA
27 10,65 3522 1952,19 55% BAJA
28 10,6 3522 2128,77 60% BAJA
29 11 3840 3990,73109 104% ALTA
30 10,8 3522 4296,78 122% ALTA
SUPERIOR
O INFERIOR
MUESTRA De
CARGA
TEORICA Q
CARGA (N) %
52
Figura 19. Cargas valor teórico (Q) comparado con valor obtenido
*Según la Tabla 6 y el Grafico 18. Se determina que el 27%, supero los valores establecidos en
la NSR-10 en el Titulo G Capitulo 12.
Y el porcentaje que está por debajo de lo establecido es el 73%.
Fuente: Creación del Autor
6.3.2. Para calcular el esfuerzo a cortante en el perno utilizamos del Reglamento
NSR 10 Del Título F., la ecuación F. 2.4.2.29.
(a) Para rotura por tensión sobre el área efectiva neta:
Dónde:
Ae= Área Neta efectiva en mm2
Fu= Carga ultima dada por el Proveedor (420 MPa)
9 Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. Reglamento colombiano de Construcción Sismo Resistente. NSR – 10. 47.663 ed. Bogotá D.C. 2010. F44. p.
53
Para un perno de diámetro 3/8” grado 5 se obtuvo el área efectiva neta de
12058,2MPa Ver Anexo D.
Se realizó el análisis de la falla por corte, que se da por la carga a tensión
con la siguiente fórmula para cada una de las muestras:
Pn= Ae*fu
Tabla 7. Esfuerzos a cortantes en el perno
Fuente: Archivo Personal Del Autor
(T) (N) Mpa
1 0,406273 3985,53545 1,66228691
2 0,424625 4165,57125 1,7940298
3 0,463125 4543,25625 2,2786785
4 0,2795 2741,895 1,64607567
5 0,04247059 416,636471 0,23583169
6 0,22427273 2200,11545 1,3011087
7 0,309 3031,29 1,13309033
8 0,2230625 2188,24313 1,22118128
9 0,22058824 2163,97059 0,8574213
10 0,48866667 4793,82 2,26123318
11 0,25227273 2474,79545 1,6075052
12 0,28836364 2828,84727 1,41881353
13 0,23 2256,3 1,3968822
14 0,27988235 2745,64588 1,39473864
15 0,34333333 3368,1 2,11829939
16 0,22865385 2243,09423 1,15424953
17 0,0605 593,505 0,3177866
18 0,329 3227,49 1,50448857
19 0,15329825 1503,85579 0,85123812
20 0,39716667 3896,205 1,83783038
21 0,081 794,61 0,37933145
22 0,19636364 1926,32727 1,12244243
23 0,21631148 2122,01557 0,97767167
24 0,239 2344,59 1,0678016
25 0,22 2158,2 1,29565885
26 0,48866667 4793,82 3,1138293
27 0,199 1952,19 1,227791
28 0,217 2128,77 1,27799077
29 0,40680235 3990,73109 1,97653901
30 0,438 4296,78 1,93465424
MUESTRAσ pernoCARGA
54
Con los valores obtenidos de los esfuerzos de los pernos calculados en la tabla
7, y los valores de las cargas Q y T obtenidos en las tablas 5 y 6,
Se organizan los valores de menor a mayor.
Por el método de la caja y bigotes se realizar la discriminación de los
valores que no están en el rango promedio. tabla 8, tabla 9 y tabla 10
Se calculan la media muestral, la varianza muestral, el coeficiente de
variación, con estos datos se realiza el histograma,
Tabla 8. Valores para histograma carga Q
MUESTRA xi ((xi-x)^2
23 2122,016 4502950,10
28 2128,77 4531661,71
25 2158,2 4657827,24
9 2163,971 4682768,71
8 2188,243 4788407,97
6 2200,115 4840508,01
16 2243,094 5031471,73
13 2256,3 5090889,69
24 2344,59 5497102,27
11 2474,795 6124612,54
4 2741,895 7517988,19
14 2745,646 7538571,31
12 2828,847 8002376,89
7 3031,29 9188719,06
18 3227,49 10416691,70
15 3368,1 11344097,61
20 3896,205 15180413,40
55
Tabla 9 Valores para histograma carga T
MUESTRA xi ((xi-x)^2
25 2158,2 4657827,24
9 2163,971 4682768,707
8 2188,243 4788407,974
6 2200,115 4840508,013
16 2243,094 5031471,728
13 2256,3 5090889,69
24 2344,59 5497102,268
11 2474,795 6124612,542
4 2741,895 7517988,191
14 2745,646 7538571,311
12 2828,847 8002376,892
7 3031,29 9188719,064
18 3227,49 10416691,7
15 3368,1 11344097,61
21 3557,802 12657952,95
20 3896,205 15180413,4
22 3979,459 15836093,42
56
Tabla 10 Valores para histograma esfuerzo
Fuente: Archivo Personal Del Autor
MUESTRA xi (xi-x)^2
24 1,068 1,140
22 1,122 1,260
7 1,133 1,284
16 1,154 1,332
8 1,221 1,491
27 1,228 1,507
28 1,278 1,633
25 1,296 1,679
6 1,301 1,693
14 1,395 1,945
13 1,397 1,951
12 1,419 2,013
18 1,504 2,263
11 1,608 2,584
4 1,646 2,710
1 1,662 2,763
2 1,794 3,219
57
Figura 20. Histograma carga Q
*Valor sugerido para carga Q: 2595,269 N
Figura 21. Histograma carga T
Valor sugerido para carga Q: 2788,591 N
58
Figura 22 Histograma esfuerzos
Valor sugerido para esfuerzo a tensión 1,37 Mpa
Fuente: Archivo Personal Del Autor
59
7. PROGRAMACIÓN
ANEXO E (Programación proyecto de grado)
60
8. COSTOS DEL PROYECTO
Para la ejecución y correcto desarrollo del presente proyecto de grado se
generaron los siguientes costos:
61
9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
9.1. Conclusiones
Una vez realizados los ensayos y correspondientes cálculos se concluye que la
utilización de Polipropileno de Alta Resistencia, como material de relleno en
uniones de estructuras en guadua sometidas a esfuerzos de tensión, cumple
un 67% en la carga T y en la carga Q el 27% de las uniones evaluadas con lo
requerido en la NSR-10 utilizando mortero de cemento.
El polipropileno sometido a este ensayo de tensión no presentó ninguna falla.
Se observa que el polipropileno se adhiere a las paredes interiores de la
guadua y a los elementos de conexión utilizados (varilla y pernos de 3/8”).
Realizando una comparación con la tesis de grado realizada en la Universidad
Nacional, “ESTUDIO DE UNIONES EN GUADUA CON ANGULO DE
INCLINACION ENTRE ELEMENTOS” obtuvieron un valor promedio de
esfuerzo de tensión perpendicular a las fibras de 1.23Mpa10, para una unión
rellena con mortero de cemento, podemos definir que la unión rellena con PP
tiene un esfuerzo superior al corte dando como resultado 1.37 Mpa.
El valor recomendado para la carga Q del el tipo de unión evaluada es de
2595,269 N, el cual está por debajo de lo recomendado por la NSR-10 para los diámetros
utilizados de guadua (3522 N)
El valor recomendado para la carga T del el tipo de unión evaluada es de
2788,591 N es mayor de lo recomendado por la NSR-10 para los diámetros utilizados de
guadua (2200 N).
10 JARAMILLO, Diego; SANCLEMENTE, Ana. “Estudio De Uniones En Guadua Con
Angulo De Inclinación Entre Elementos”.
62
9.2. Recomendaciones
No es suficiente la normatividad existente, lo cual genera interrogantes
respecto a parámetros como la elongación máxima permitida en ensayos a
tensión en probetas de guadua.
Debido a que el llenado del PP solo se puede realizar con maquina
industrializada, esto hace que no sea practico en el área de la construcción.
Se invita a la realización de nuevos estudios que permitan validar los
resultados obtenidos en este trabajo.
Se debe controlar la presión con la que se inyecta el PP, porque si no se
controla la probabilidad que se fisure la guadua es alta.
No usar la prueba de dos colas para calcular valores sugeridos de este tipo de
ensayos dado que a los valores de la hipótesis.
Se recomienda usar el programa RAM CONNECTION, para la modulación de
este tipo de uniones, ya que se cuentas las variables que solicita, diámetro,
separación y la cantidad de acero.
63
10. BIBLIOGRAFÍA
JARAMILLO, Diego; SANCLEMENTE, Ana. “Estudio De Uniones En Guadua Con
Angulo De Inclinación Entre Elementos”.
Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. Reglamento Colombiano
de Construcción Sismo Resistente. NSR – 10. 47.663 ed. Bogotá D.C. 2010. F44.
p.
Andrade Pardo, Sofía. (2013). Calificación ante cargas dinámicas de una conexión
entre una columna de guadua angustifolia y su cimentación. (Tesis magister).
Escuela Colombiana de Ingeniería Julio Garavito. Bogotá, Colombia.
WEBGRAFÍA
ACERO VEGETAL. GUADUA BAMBÚ COLOMBIA. “Construcción Con Guadua”.
(En línea). Disponible en:
[https://guaduabambucolombia.com/construccionesenguadua/]. Consultado el 04
de abril de 2017.
GRUPO DE DISEÑO – CAP. “Sistema De Corte Tipo Boca De Pescado Para
Guadua Rolliza”. (En línea). Disponible en
[http://www.javerianacali.edu.co/sites/ujc/files/node/field-
documents/field_document_file/sistema_de_corte_tipo_boca_de_pescado_para_g
uadua_rolliza1.pdf]. Consultado por última vez el 28 de marzo de 2017.
OSORIO, Jairo; VÉLEZ, Juan & CIRO, Héctor. “Estructura Interna De La Guadua
Y Su Incidencia En Las Propiedades Mecánicas”. (En Línea). Disponible en:
[http://www.revistas.unal.edu.co/index.php/dyna/article/view/944/11635]. Visto por
última vez el 01 de Abril de 2017.
64
POLIETILENO-3, “Aplicaciones Del Polipropileno” (En línea) Artículo disponible
en: [http://polietileno-3.blogspot.com.co/] Consultado por última vez el 13 de marzo
de 2017.
QUIMINET. “El Funcionamiento De La Máquina Inyectora De Plástico” (en línea).
disponible en: [https://www.quiminet.com/articulos/el-funcionamiento-de-la-
maquina-inyectora-de-plastico-2643461.htm] consultado por última vez el 19 de
Abril de 2017.
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS (En línea).
Disponible en: [http://www.udistrital.edu.co:8080/web/laboratorio-mecanica/inicio].
Consultado por última vez el 21 de Abril de 2017.
MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL.
Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente. NSR – 10. 47.663 ed.
Bogotá D.C. 2010. G103 - 132 p.
VELEZ, Simón. “Arquitectura en Guadua”. (en línea). Disponible en
[https://kuentame.wordpress.com/category/arquitectura/] consultado el 29 de abril
de 2017
65
11. REGISTRO FOTOGRÁFICO: GRÁFICO
66
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67
ANEXO A
Certificación de la guadua
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ANEXO A
81
ANEXO F
Ficha técnica maquina universal
