Guadua ligeramente modificada para la construcción : Caracterización mecánica ante esfuerzos de flexión de vigas armadas y agrupadas mecánicamente con latas de Guadua angustifolia Kunth
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Resumen
El bambú es considerado un material de construcción ecológico y de altas prestaciones mecánicas; sin embargo, la comprensión de su comportamiento estructural cuando es sometido a transformaciones posteriores al corte del culmo, modificaciones mecánicas limitadas, resulta fundamental para garantizar la seguridad estructural y un diseño adecuado en aplicaciones constructivas. Actualmente, no existe un modelo constructivo consolidado que permita predecir de manera efectiva la relación tensión-deformación de vigas conformadas con bambú Guadua angustifolia Kunth (en adelante GAK) ligeramente modificado.
La presente investigación caracteriza experimentalmente el comportamiento mecánico a flexión de vigas de sección rectangular tipo, conformadas con latas de GAK obtenidas a partir del aprovechamiento de culmos rollizos mediante procesos manuales. Las vigas fueron armadas y agrupadas sin el uso de adhesivos químicos, empleando exclusivamente uniones mecánicas mediante zunchos metálicos, tornillos y pernos, con el apoyo de maquinaria y herramientas básicas de carpintería. El proceso constructivo incorporó conocimiento empírico y recomendaciones técnicas de actores de la cadena productiva de la guadua en Colombia como los colectivos de constructores Tacuara y Heicon, así como lineamientos de normas internacionales para bambú y madera estructural, entre ellas ISO 23478 (2022), ISO 22156 (2021), ASTM D198-15, ASTM D143-14 y la NTC 5279 (ICONTEC, 2004).
La caracterización experimental incluyó ensayos de flexión con cuatro puntos de apoyo a escala real, en vigas con luces de aproximadamente 2.5 m entre apoyos, así como mediciones de torsión durante la aplicación de la carga, densidad y contenido de humedad. Este enfoque permitió establecer un marco metodológico que incorpora dos variables técnico-constructivas: tipo de perno y longitud de la lata de GAK, que no se encuentran relacionadas en el contexto normativo ni productivo actual del uso estructural de la guadua en Colombia.
Los resultados permitieron identificar mecanismos de falla, resistencias últimas características, módulo de elasticidad aparente y rigidez a flexión de cuatro tipologías de vigas. Se evidenció que las vigas conformadas con latas enteras y unidas mediante pernos metálicos tipo varilla roscada presentan menores deformaciones y mayores capacidades en el rango elástico definido entre el 10–40% de la carga máxima según ISO 23478.
Finalmente, mediante modelación numérica en SAP2000 y verificación bajo criterios de servicio de la NSR-10, se evaluó su aplicación como viguetas de entrepiso y correas de cubierta en vivienda unifamiliar, identificando que el desempeño está gobernado por criterios de rigidez más que por resistencia, siendo estructuralmente viable en cubierta y condicionado en entrepiso por control de deformaciones. (Texto tomado de la fuente)
Abstract
Bamboo is widely recognized as an ecological construction material with high mechanical performance; however, a rigorous understanding of its structural behavior when subjected to post-harvest transformations and limited mechanical modifications is essential to ensure structural safety and appropriate design in building applications. At present, no consolidated constructive model exists that allows for the effective prediction of the stress strain relationship of beams made from lightly modified Guadua angustifolia Kunth.
This research experimentally characterizes the flexural mechanical behavior of rectangular-section beams assembled from GAK strips obtained through the manual processing of round culms. The beams were assembled without chemical adhesives, using exclusively mechanical connections such as metal straps, screws, and bolts, supported by basic carpentry tools and machinery. The construction process integrated empirical knowledge and technical recommendations from Colombian guadua construction collectives, including Tacuara and Heicon, together with international standards for bamboo and structural timber, such as ISO 23478 (2022), ISO 22156 (2021), ASTM D198 15, ASTM D143-14, and NTC 5279 (ICONTEC, 2004).
The experimental program included full-scale four-point bending tests on beams with spans of approximately 2.5 m, as well as measurements of torsion during load application, density, and moisture content. This approach enabled the establishment of a methodological framework incorporating two technical–constructive variables—bolt type and GAK strip length—which are not currently addressed within the normative or productive context of structural GAK use in Colombia.
The results allowed identification of failure mechanisms, characteristic ultimate strengths, apparent modulus of elasticity, and flexural stiffness for four beam typologies. Beams composed of full-length strips connected with threaded steel rods exhibited lower deflections and higher load capacities within the elastic range defined between 10–40% of maximum load according to ISO 23478.
Finally, numerical modeling in SAP2000 and serviceability verification under NSR-10 criteria were conducted to evaluate their application as floor joists and roof purlins in a two story single-family dwelling. The analysis demonstrated that structural performance is governed primarily by stiffness rather than strength, showing viability for roof applications and serviceability-controlled limitations for floor systems.
Descripción
ilustraciones a color, diagramas, fotografías, mapas
Términos Normalizados
Bambu en la construcción; Bamboo construction; Recursos naturales renovables; Renewable natural resources; Estabilidad de estructuras; Structural stability; Esfuerzos y deformaciones; Strains and stresses; Industria de la construcción - Reglas de seguridad; Construction industry -- Safety regulations; 690 - Construcción de edificios; 720 - Arquitectura