La guaduafundamentos para el diseño de estructuras agropecuarias

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2010

La guadua: Fundamentos para el diseño de estructuras agropecuarias

ISBN: 978-958-8256-72-6

© Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín

© Jairo Alexander Osorio Saraz Ingeniero Agrícola. Esp, Msc. Profesor Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín Facultad de Ciencias Agropecuarias Departamento de Ingeniería Agrícola y de Alimentos

© Eugenia González Castrillón Ingeniera Agrícola. Esp, Msc. Ph.D. Profesora Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín Facultad de Ciencias Agropecuarias Departamento de Ingeniería Agrícola y de Alimentos

© Elkin Alonso Cortés Marín Ingeniero Agrícola. Esp. Profesor Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín Facultad de Ciencias Agropecuarias Departamento de Ingeniería Agrícola y de Alimentos

Primera Edición: Febrero de 2010 500 ejemplares

Diseño y diagramación: María Piedad León Cáceres

Impresión y encuadernación: Centro de Publicaciones Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín

Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, sin per­miso escrito de la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín.

Medellín, Colombia

Alex A quienes son mi vida entera: Olga y GerÓnimo.

A Dios y a padres.

Eugenia A Juan y Daniel, por quienes mi vida.

A Anacilia inspirar trabajo con este recurso natural.

Elkin A mis dos grandes amores: Dora y Carolina.

DE COLOMBIAUNiV

Sobre los Autores

Jairo Alexander Osorio Saraz Profesor Asistente. Ingeniero Agrícola. Especialista en Le­gislación Ambiental de la Universidad de Medellín, Ma­gíster en Ingeniería Área Materiales y Procesos de la Uni­versidad Nacional de Colombia, Sede Medellín. Vinculado desde 2003 a la Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín, en el área de construcciones rurales e ingeniería ambiental. Ha desarrollado investigaciones y artículos en el área de materiales alternativos en el que se incluye la guadua.

Eugenia González Castrillón Profesora Asociada. Ingeniera Agrícola. Especialista en Ge­rencia del Ambiente, Magíster en Estudios Urbano Regio­nales. Doctora en Territorio, Medio Ambiente y Sociedad de la Universidad Autónoma de Madrid. Vinculada desde 1996 a la Universidad Nacional de Colombia, Sede Mede­llín, en el área de construcciones rurales y medio ambiente. Ha desarrollado investigaciones y artículos en Propiedades físicas y mecánicas de la guadua, Infraestructura rural con énfasis en recursos naturales y en temas relacionados con Gestión Ambiental.

Elkin Alonso Cortes Marín Profesor Titular. Ingeniero Agrícola. Especialista en Ma­quinaria y Equipo Agroindustrial de la Universidad del Valle. Vinculado desde 1990 a la Universidad Nacional de Colombia en las Sedes Palmira y Medellín, en el área de maquinaria y mecanización agrícola.

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Caorí por sus Civil, Magíster en vinculada

actualmente al Departamento Ingeniería Civil la Uni-Nacional de Colombia, Sede Bogotá.

TV\T"!""''' en In-en profesor vinculado

actualmente Departamento de Ingeniería Civil de la Uni-Nacional Colombia, Medellín.

Departamento Ingeniería Agrícola y de Universidad Nacional Colombia, Sede Medellín.

Iván GÓmez. Arquitecto, docente del Sena Risaralda.

Juan Carlos Vélez, Civil que ha acompañado este proceso y ha asumido el reto aplicar este desarrollo in­vestigativo en una próxima publicación.

Prólogo

tiempos inmemoriales humanidad usado ma­de origen vegetal para construir edificaciones y

puentes, especialmente maderas y gramíneas. constituyen habitualmente estructurales tras se usan para de mor­

acamo

Entre las gramíneas pueden utilizarse como elemento estructural, el más famoso es el bambú. material una bien ganada tradición como material de construcción, en las tropicales del Colombia el

es la guadua. La construcción con guadua en nues­tro territorio se remonta a tiempos precolombinos e inclu­

tapia, el bahareque y la construcción con elementos de guadua

F.u,~u,",a crece rápido, es liviana, es a la vista sin necesidad

dos, requiere mano obra poco capacitada y necesita poco procesamiento. A pesar de estas cualidades, la cons­trucción con se limita en la de a ya

construcción informal. La dificultad fabricar uniones confiables, y problemas asociados con durabilidad pueden

como parte del problema. Sin embargo, hay dos SD(~ct()S en en mi opinión, se la relativamente

baja utilización de la guadua en la construcción: la ausen­de diseño y re-

guías, y códigos construcción con este materiaL

Poca investigación se había dedicado a este tema en el mundo de la construcción moderna; sin embargo, en los últimos 30 años el panorama se ha ido transformando: se han publicado varios estándares en diferentes países que especifican procedimientos de control de calidad y de cons­trucción, y en Colombia se ha incluido, desde el año 2002,

la construcción con bahareque encementado en las Normas Colombianas de Diseño y Construcción Sismo Resistentes, lo que constituyó un hito mundial. Mucha investigación se ha desarrollado, dentro y fuera del país, acerca de las pro­piedades de la guadua y del comportamiento de elementos, conexiones y ensambles estructurales.

La experiencia acumulada de los autores de este libro sobre las propiedades mecánicas de la guadua y su aplicación en la construcción representa más de dos décadas de dedica­ción a la investigación y la docencia. Su ámbito de trabajo en los quehaceres de la Ingeniería Agrícola los ubica en el medio en el que más se ha utilizado históricamente la gua­dua como elemento estructural.

Los aciertos y desaciertos en el uso de la guadua en edifi­caciones rurales y urbanas de todo tipo, reflejan el carácter empírico que ha dominado su devenir nacional por varios siglos, recuento que se ha plasmado en varias publicacio­nes de carácter histórico y arquitectónico. Poco, sin embar­go, se ha publicado sobre el tema desde el punto de vista de la Ingeniería Estructural.

Este libro representa una de las iniciativas más serias para recopilar en un solo volumen el estado del arte de la técnica de construcción con guadua en Colombia.

Profesor Josef Farbiarz Facultad de Minas Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín

Contenido

Introducción 1

Capíbllo 1 Generalidades de la Guadua 3

Clasificación de la guadua 5 Condiciones ambientales y ecológicas 11

Manejo poscosecha 14

CapHulo 2 Propiedades físicas ymecénicas de la Guadua 21

Propiedades físicas 23 Densidad o gravedad específica 23 Contenido de humedad 25 Propiedades mecánicas de la guadua 26 Determinación de resistencia nivel de elementos 27 Resistencia a flexión 27 Resistencia a compresión 31 Resistencia a tracción 36 Resistencia a cizalladura 41 Determinación de resistencia de pequeñas probetas 43 Resistencia a flexión 45 Resistencia a compresión 47 Resistencia a tracción 47 Relación de Poisson 47

Capítulo 3 Diseño de elementos en Guadua 51

Método de diseño 53 Tensiones admisibles 53 Módulos de elasticidad CE) 57 Cargas 59 Fundamentos para el diseño de elementos 63 Elementos sometidos a flexión 63 Deflexiones admisibles 64 Momento de inercia y módulo de la sección 66 Verificación de la tensión de corte 69 Elementos sometidos a compresión y a flexo-compresión 70 Compresión axial: 71 Flexo-compresión: 73 Longitud efectiva 73 Esbeltez 75 Clasificación de columnas y cargas admisibles 77 Elementos sometidos a tracción 83 Uniones 83 Comentario final 101

Bibliografía 102

Glosario 107

Nomenclatura 109

1

Introducción

La guadua (guadua angustifolia Kunth), el bambú de Amé­rica, ha influenciado el desarrollo de la cultura colombiana, principalmente en la región andina y de manera particular en el eje cafetero, a través de su aprovechamiento en todo tipo de usos tales como vivienda, muebles, instrumentos musicales, conducción de agua, puentes, jaulas, y, en fin, en un sinnúmero de utensilios y espacios tan amplios como la necesidad y la imaginación lo han permitido.

En los últimos años, la guadua ha venido ganando un gran valor agregado en cuanto a su importancia como material alternativo en múltiples elementos, dadas las caracterÍsti­cas físicas y mecánicas que la convierten en un recurso que brinda una amplia gama de usos, no solamente a nivel ar­tesanal, sino también en pequeñas y grandes estructuras, tanto en el sector rural como urbano.

Han sido varias las investigaciones que se han adelantado en torno a la caracterización físico-mecánica de este mate­rial como elemento estructural, dando de esta manera ba­ses importantes para el diseño y construcción de estructu­ras que cumplen con las condiciones de sismoresistencia; pero, desafortunadamente, en Colombia se desconocen estos adelantos.

Con este texto se pretende dar a conocer a los Ingenieros, Constructores, Arquitectos, Tecnólogos y a todos aquellos profesionales relacionados con el área de la construcción, los principales parámetros de diseño de elementos con guadua sometidos a diferentes esfuerzos, con los cuales se puede diseñar estructuras agropecuarias.

2 LA GUADUA: FUNDAMENTDS PARA EL DISEÑO DE ESTRUCTURAS AGROPECUARIA S

Este texto se compone de tres capítulos, en los que se dan a conocer aspectos generales de la guadua como material, sus propiedades físicas y mecánicas así como las normas utilizadas para la obtención de estos parámetros, preten­diendo de esta manera dar a conocer la importancia de la guadua para usos ingenieriles y de especial aplicación en estructuras agropecuarias. Incluye además un glosario de términos para su mayor comprensión.

Capítulo 1 nerali de I

Guadua