1. INTRODUCCIÓN
⌅El bambú aporta múltiples beneficios para el ambiente y el hombre (1-3(1) Riquelme, M. Á. B., González, M. Á., Acosta, J. L. (2009). El cultivo del Bambú y sus beneficios al medio ambiente. Agricultura Orgánica, 37-38.
(2)
Rodríguez, R.M., Galicia, L., Sánchez, W., Gómez, L., Zarco, A.,
Ceccon, E. (2009). Usos actuales, distribución potencial y
etnolingüística del bambú leñoso en México. Tradiciones transformaciones en Etnobotánica, 355-363. http://scifunam.fisica.unam.mx/mir/el/marinacapitulodelibroRodriguez.pdf.
(3)
Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M. (2014). Propiedades
físicas y mecánicas de tres especies de guaduas mexicanas (Guadua
aculeata, Guadua amplexifolia y Guadua velutina). Madera y bosques, 20(2), 111-125. http://www.scielo.org.mx/pdf/mb/v20n2/v20n2a10.pdf.
) y a pesar de ello hay deficiencia en la información tecnológica del bambú endémico en México (4(4) Candelaria, V.R.O. (1999). Perspectivas del bambú para la construcción en México. Madera y Bosques, 5(1), 3-12. https://www.redalyc.org/pdf/617/61750102.pdf.
),
lo que provoca la introducción de especies leñosas que por sus
características físico-mecánicas conocidas en construcción, desplazan a
especies nativas que son subutilizadas en regiones en las que se
reproducen en forma abundante (2(2)
Rodríguez, R.M., Galicia, L., Sánchez, W., Gómez, L., Zarco, A.,
Ceccon, E. (2009). Usos actuales, distribución potencial y
etnolingüística del bambú leñoso en México. Tradiciones transformaciones en Etnobotánica, 355-363. http://scifunam.fisica.unam.mx/mir/el/marinacapitulodelibroRodriguez.pdf.
, 5-11(5) Cortés Rodríguez, G. (2000). Los bambúes nativos de México. Biodiversitas, 30, 12-15.
(6) Cedeño Valdiviezo, A., Irigoyen Castillo, J. (2011). El bambú en México. Usjt. Arq. Urb (Brasil), 6, 223-243. https://revistaarqurb.com.br/arqurb/article/download/317/287.
(7)
Moreno, M.E.N.D., Jakob, S.I.B. (2012). El aprovechamiento del bambú
para impulsar el desarrollo económico sustentable en México. Observatorio de la Economía Latinoamericana, 176. https://www.eumed.net/cursecon/ecolat/mx/2012/desarrollo-economico-sustentable-mexico.pdf.
(8) Instituto de Ecología (2013). Usos del bambú. Gobierno de México. (En línea, último acceso: 6-3-2018): http://www.inecol.mx/inecol/index.php/es/bienesmuebles-inmuebles/17-cienciahoy/137-usos-del-bambu.
(9)
Osorio, A.F.C., Espinosa, W.J.E. (2012). Resistencia a la compresión
paralela a la fibra y determinación del módulo de elasticidad de la
Guadua angustifolia del municipio de Pitalito-Huila (Trabajo de Grado).
Universidad Surcolombiana, Colombia. http://www.usmp.edu.pe/centro_bambu_peru/pdf/Capera_Erazo_Trabajo_grado_USCO.pdf.
(10)
Tam, C.P.T., González, C.E. (2007). Resistencia a la compresión
paralela a la fibra de la Guadua angustifolia y determinación del módulo
de elasticidad. Ingeniería y Universidad, 11(1), 89-104. https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/2343080.pdf.
(11)
Zaragoza-Hernández, I., Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M.,
Borja-de la Rosa, A.M., Zamudio-Sánchez, F.J. (2015). Propiedades
físico-mecánicas de una guadua mexicana (Guadua Aculeata). Maderas. Ciencia y Tecnología, 17(3), 505-516. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2015005000045.
). La Otatea fimbriata Sonderst es una especie nativa de las 54 que existen en México (10(10)
Tam, C.P.T., González, C.E. (2007). Resistencia a la compresión
paralela a la fibra de la Guadua angustifolia y determinación del módulo
de elasticidad. Ingeniería y Universidad, 11(1), 89-104. https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/2343080.pdf.
, 11(11)
Zaragoza-Hernández, I., Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M.,
Borja-de la Rosa, A.M., Zamudio-Sánchez, F.J. (2015). Propiedades
físico-mecánicas de una guadua mexicana (Guadua Aculeata). Maderas. Ciencia y Tecnología, 17(3), 505-516. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2015005000045.
).
Dicha especie, ha sido ampliamente utilizada de modo empírico en la
construcción de vivienda tradicional en la región de Suchiapa, Chiapas,
México (12(12)
Mejia-Saulés, M. (2016). Colección nacional de bambúes nativos de
México: Su contribución al conocimiento científico y tecnológico, de 1er
Congreso de Bambú, Conocimiento, aplicaciones y oportunidades del
bambú., México, 2016. https://1ercongresobambu.files.wordpress.com/2017/02/teresa-mejc3ada-coleccic3b3n-nacional-de-bambc3baes-nativos-de-mc3a9xico.pdf.
). El género Otatea incluye siete especies (13(13) INECOL (2018). Los bambúes en el siglo XXI: Diversidad, especies útiles y conservación, de 11th World Bamboo Congress proceedings, Xalapa, México, 2018. https://www.inecol.mx/inecol/index.php/es/2017-06-26-16-35-48/17-ciencia-hoy/518-los-bambues-de-mexico-en-el-siglo-xxi.
)
y representa el bambú leñoso nativo con mayor población, convirtiéndose
en la especie más utilizada en zonas rurales de México para construir
paredes de viviendas tradicionales. (14(14) Comisión Nacional Forestal (CONAFOR), (2002). Manual para la construcción Sustentable con Bambú. (En línea- último acceso: 6-3-2018). https://www.conafor.gob.mx/biblioteca/documentos/MANUAL_PARA_LA_CONSTRUCCION_SUSTENTABLE_CON_BAMBU.PDF.
).
En la región de Chiapas habitan 33 especies de bambúes distribuidas en
11 géneros (8 leñosos y 4 herbáceos) dentro de las cuales se encuentran
23 especies nativas y 11 endémicas (13(13) INECOL (2018). Los bambúes en el siglo XXI: Diversidad, especies útiles y conservación, de 11th World Bamboo Congress proceedings, Xalapa, México, 2018. https://www.inecol.mx/inecol/index.php/es/2017-06-26-16-35-48/17-ciencia-hoy/518-los-bambues-de-mexico-en-el-siglo-xxi.
, 15(15) Rodríguez, G.C. (2015). Claves morfológicas de los géneros y especies de bambúes (Poaceae: Bambusoideae) de México. Phytotaxa, 236(1), 001-024. http://dx.doi.org/10.11646/phytotaxa.236.1.1.
).
El tallo del bambú se denomina culmo y es la sección más útil para uso
constructivo, tiene forma cilíndrica e internamente es separado de
manera transversal con entre nudos huecos o macizos (16(16) Mercedes, J.R. (2006). Guía Técnica Cultivo del Bambú. Santo Domingo, República Dominicana: CEDAF, 38. http://190.167.99.25/digital/bambu.pdf.
, 17(17) Montiel-Longhi, M. (1998). Cultivo y uso del bambú en el neotrópico. Revista de Biología Tropical, 46(3), 11-18.
), los nudos dan dureza, flexibilidad y resistencia (17(17) Montiel-Longhi, M. (1998). Cultivo y uso del bambú en el neotrópico. Revista de Biología Tropical, 46(3), 11-18.
).
La estructura celular del culmo está orientada longitudinalmente y
cubierta externamente por una capa de cera que la protege de la
penetración de líquidos en forma lateral, las fibras que conforman al
culmo crecen de manera concéntrica radial con mayor cantidad en la parte
externa (8(8) Instituto de Ecología (2013). Usos del bambú. Gobierno de México. (En línea, último acceso: 6-3-2018): http://www.inecol.mx/inecol/index.php/es/bienesmuebles-inmuebles/17-cienciahoy/137-usos-del-bambu.
).
El diámetro del culmo disminuye con la altura, alcanzando su máxima
resistencia para su uso en construcción entre los 3 y 6 años (16(16) Mercedes, J.R. (2006). Guía Técnica Cultivo del Bambú. Santo Domingo, República Dominicana: CEDAF, 38. http://190.167.99.25/digital/bambu.pdf.
, 17(17) Montiel-Longhi, M. (1998). Cultivo y uso del bambú en el neotrópico. Revista de Biología Tropical, 46(3), 11-18.
).
Los culmos difieren según la especie, en color, altura, espesor de las
paredes y forma de crecimiento, así como la variación de los nudos y
entrenudos. (16(16) Mercedes, J.R. (2006). Guía Técnica Cultivo del Bambú. Santo Domingo, República Dominicana: CEDAF, 38. http://190.167.99.25/digital/bambu.pdf.
)
Es por ello importante conocer las diferentes propiedades mecánicas en
las diversas especies de bambú. En la actualidad diversas especies de
bambú alrededor del mundo han sido caracterizadas mecánicamente y los
resultados han mostrado características estructurales adecuadas para su
uso en la industria de la construcción (18-20(18)
Arista-González, G., Cataño-Barrera, A., Ortiz-Ramírez, R. (2014).
Exploración de nuevas especies de bambú y su aplicación en el campo de
la construcción, de Memorias de las Asambleas Nacionales. ASINEA,
Guanajuato.
(19) Correal D, JF, Arbeláez C.J. (2010). Influencia de
la edad y la altura sobre las propiedades mecánicas del bambú Guadua
angustifolia de Colombia. Maderas Ciencia y Tecnología, 12(2), 105-113. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2010000200005.
(20)
Gauss, C., Savastano Jr, H., Harries, K.A. (2019). Uso de métodos de
prueba mecánicos ISO 22157 y caracterización del bambú brasileño P.
Edulis. Construcción y Materiales de Construcción, 228, 116728. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.116728.
)
Sin embargo, en literatura consultada hasta el momento, no se han
encontrado referencias científicas donde se describan las propiedades
mecánicas de la especie de bambú Otatea fimbriata s. En la Figura 1,
se muestra la localización de la región de origen de la especie de
bambú en estudio. Es en el contexto antes mencionado, que la presente
investigación tiene como objetivo evaluar el efecto de la altura del
tallo, inferior, media y superior, así como la presencia de nudos, en
las propiedades de compresión, flexión y tensión de la especie de bambú
antes mencionada. Los resultados brindaran información relevante sobre
las características mecánicas de la especie de bambú evaluado, lo que
contribuirá a su óptimo aprovechamiento como material de construcción en
la región de estudio.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
⌅2.1. Preparación de los especímenes y equipo de prueba
⌅Se identificaron culmos considerados maduros (3-6 años) (16(16) Mercedes, J.R. (2006). Guía Técnica Cultivo del Bambú. Santo Domingo, República Dominicana: CEDAF, 38. http://190.167.99.25/digital/bambu.pdf.
) (17(17) Montiel-Longhi, M. (1998). Cultivo y uso del bambú en el neotrópico. Revista de Biología Tropical, 46(3), 11-18.
) y se cortaron en su longitud total (4000-4500 mm) (14(14) Comisión Nacional Forestal (CONAFOR), (2002). Manual para la construcción Sustentable con Bambú. (En línea- último acceso: 6-3-2018). https://www.conafor.gob.mx/biblioteca/documentos/MANUAL_PARA_LA_CONSTRUCCION_SUSTENTABLE_CON_BAMBU.PDF.
),
descartando la parte superior, denominada “varillón”, debido a que
dicha sección no resulta de utilidad para la prueba debido a su diámetro
inferior a 10 mm (Figura 2) (21(21)
Aponte, A.F.G. (2016). Caracterización físico-mecánica de la guadua en
el municipio de Guaduas-Cundinamarca (Magíster en Construcción).
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia. https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/57630/1010187540.2016.pdf?sequence=1.
).
Cada sección tuvo una longitud de 1100 mm, considerando tres secciones
equidistantes, sección inferior, media y superior, a lo largo del tallo
de cada tramo. Cada tallo se referenció con un número consecutivo como
lo establece la norma ISO 22157 para su correcta identificación (20(20)
Gauss, C., Savastano Jr, H., Harries, K.A. (2019). Uso de métodos de
prueba mecánicos ISO 22157 y caracterización del bambú brasileño P.
Edulis. Construcción y Materiales de Construcción, 228, 116728. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.116728.
).
Previo a la ejecución de las pruebas mecánicas, se calcularon la
densidad básica (Db) y el contenido de humedad en porcentaje (CH) de
cada uno de los especímenes; lo anterior, con el fin de cuantificar la
influencia de dichos factores en las características físicas y
mecánicas, por la presencia de altos contenidos de humedad en el bambú,
como ha sido sugerido por otros (22(22)
Jakovljević, S., Lisjak, D. (2019). Investigación sobre los efectos de
la humedad en las propiedades mecánicas y físicas del bambú.
Construcción y materiales de construcción, 194, 386-396. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.030
, 23(23)
Xu, Q., Harries, K., Li, X., Liu, Q., Gottron, J. (2014). Propiedades
mecánicas del bambú estructural después de la inmersión en agua. Estructuras de Ingeniería, 81, 230-239. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.09.044.
, 24(24) Hidalgo-López, O. (1981). Manual de construcción con bambú. Colombia. Universidad Nacional de Colombia, Estudios Técnicos Colombianos LTDA Editores.
).
Para ello, una vez cortadas las secciones de bambú, fueron protegidas
de la lluvia y se dejaron secar sin contacto con el suelo por un periodo
de 3 meses a la sombra, a una temperatura aproximada de 21 ± 3°C y una
humedad relativa de 60 ± 5% (14(14) Comisión Nacional Forestal (CONAFOR), (2002). Manual para la construcción Sustentable con Bambú. (En línea- último acceso: 6-3-2018). https://www.conafor.gob.mx/biblioteca/documentos/MANUAL_PARA_LA_CONSTRUCCION_SUSTENTABLE_CON_BAMBU.PDF.
).
).
Previo a su evaluación, cada una de las probetas se pesaron para obtener su peso inicial (mh) y posteriormente, se secaron utilizando un horno a 103 °C ± 2 °C, durante 24 horas, para obtener su peso seco (mo). Para poder determinar el volumen de las muestras, en algunas secciones de bambú se midió su volumen (V) por el método de inmersión. Enseguida, se calcularon los valores correspondientes a la densidad básica (Db) y contenido de humedad (CH) en porcentaje, mediante las ecuaciones [1 y 2]:
Donde:
Donde:
Tipo de ensaye | No. de probetas por tipo de ensayo | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
Parte del culmo | Dimensiones por ensayo | ||||||
I | M | S | Total | ||||
No de Probetas para Propiedades físicas | Promedio (mm) | ||||||
ancho | largo | pared | |||||
Humedad | 20 | 20 | 20 | 60 | 25 | 25 | 8.16 |
Densidad | 20 | 20 | 20 | 60 | 25 | 25 | 8.16 |
No de Probetas para Propiedades Mecánicas | Promedio (mm) | ||||||
Compresión | I | M | S | Total | Diámetro | Pared | Longitud |
Con nudo | 12 | 12 | 12 | 36 | 28.97 | 8.48 | 57.41 |
Sin nudo | 12 | 12 | 12 | 36 | 28.69 | 7.87 | 56.8 |
Flexión | I | M | S | Total | Promedio (mm) | ||
Diámetro | Pared | Longitud | |||||
Con nudo | 12 | 12 | 12 | 36 | 28.97 | 8.48 | 705.9 |
Sin nudo | 12 | 12 | 12 | 36 | 28.76 | 8.410 | 706.1 |
Tensión | I | M | S | Total | Promedio (mm) | ||
Ancho | Pared | Área sección mm2 | |||||
Con nudo | 12 | 12 | 12 | 36 | 6.05 | 8.23 | 49.791 |
Sin nudo | 12 | 12 | 12 | 36 | 6.40 | 7.824 | 50.07 |
Notas: (I) Sección inferior, (M) Sección media, (S) Sección superior.
Posterior
al cálculo de la densidad básica y contenido de humedad, se identificó
cada sección del tallo en inferior (I), media (M) o superior (S);
posteriormente, como se observa en la Figura 3,
se prepararon probetas para pruebas de compresión con y sin nudo, a
flexión y a tensión de acuerdo con la norma ISO 22157 y en concordancia
de las normas ISO 22157 (2004a) (25(25)
International Organization for Standardization (2004). ISO 2004a.
Bamboo - Determination of physical and mechanical properties - Part 1:
Requirements. ISO/TR 22157-1. ISO, Switzerland.
) e ISO (2004b) (26(26)
International Organization for Standardization (2004). ISO. 2004b.
Bamboo-Determination of physical and mechanical properties -Part 2:
Laboratory manual. ISO/TR 22157-2. ISO, Switzerland.
). Las probetas de tensión de la especie Otatea f. s. presentan una geometría acorde a sus características morfológicas,
(diámetro promedio del culmo 28.97 mm) y acorde a lo discutido en la
literatura (3(3)
Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M. (2014). Propiedades
físicas y mecánicas de tres especies de guaduas mexicanas (Guadua
aculeata, Guadua amplexifolia y Guadua velutina). Madera y bosques, 20(2), 111-125. http://www.scielo.org.mx/pdf/mb/v20n2/v20n2a10.pdf.
, 6(6) Cedeño Valdiviezo, A., Irigoyen Castillo, J. (2011). El bambú en México. Usjt. Arq. Urb (Brasil), 6, 223-243. https://revistaarqurb.com.br/arqurb/article/download/317/287.
, 25(25)
International Organization for Standardization (2004). ISO 2004a.
Bamboo - Determination of physical and mechanical properties - Part 1:
Requirements. ISO/TR 22157-1. ISO, Switzerland.
, 26(26)
International Organization for Standardization (2004). ISO. 2004b.
Bamboo-Determination of physical and mechanical properties -Part 2:
Laboratory manual. ISO/TR 22157-2. ISO, Switzerland.
, 27(27) Chung, K.F., Yu, W.K. (2002). Propiedades mecánicas del bambú estructural para andamios de bambú. Estructuras de Ingeniería, 24 (4), 429-442. https://doi.org/10.1016/S0141-0296(01)00110-9.
).
En la Tabla 1, se observa a detalle el diseño experimental, donde se enlista el número de probetas a evaluar para cada tipo de ensaye, especificando diámetro, longitud y espesor de pared promedio. Las pruebas mecánicas se realizaron en el Laboratorio de Materiales y Sistemas Estructurales (LMSE) de la Facultad de Arquitectura de la UNAM.
El equipo utilizado para la ejecución de las pruebas a flexión y tensión consistió en una máquina universal marca INSTRON®, modelo 400HVLB14362-G2A-C3-D28 con capacidad de 200 toneladas. Para las pruebas de compresión, se empleó una Máquina INSTRON® modelo 400RD-E1-H2 con capacidad de 200 toneladas, ambos equipos cuentan con un sistema de adquisición de datos para la obtención de gráficas y de valores para esfuerzo máximo y en punto de ruptura, ya que la sensibilidad de desplazamiento es de 0.05 mm/s, lo que permite trabajar con las probetas elaboradas en el presente estudio (Figura 4 y 5). Para obtener el peso de las muestras se utilizó una balanza analítica ENTRIS822-1S, con una precisión de 0.01 g., un horno eléctrico con un rango de 103 °C ± 2 °C para secado de material y para determinar la longitud se empleó un calibrador vernier digital, con un rango de 150 mm y una precisión de 0.01 mm.
3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
⌅3.1. Compresión paralela a la fibra
⌅Los
especímenes para las pruebas a compresión se obtuvieron de la parte
inferior, media y superior de la sección del tallo. La altura de la
probeta fue de dos veces el diámetro con nudo y sin nudo (Figura 6).
Para obtener el área de la sección transversal se midió y promedió los
diámetros exteriores y los espesores de pared en cuatro puntos sobre
ejes ortogonales de la sección. Para la obtención de la resistencia a la
compresión, se aplicó una carga a una velocidad constante paralela a la
dirección longitudinal de la probeta, registrando la carga máxima a la
falla (Fult), similar a lo realizado por otros investigadores (3(3)
Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M. (2014). Propiedades
físicas y mecánicas de tres especies de guaduas mexicanas (Guadua
aculeata, Guadua amplexifolia y Guadua velutina). Madera y bosques, 20(2), 111-125. http://www.scielo.org.mx/pdf/mb/v20n2/v20n2a10.pdf.
, 27(27) Chung, K.F., Yu, W.K. (2002). Propiedades mecánicas del bambú estructural para andamios de bambú. Estructuras de Ingeniería, 24 (4), 429-442. https://doi.org/10.1016/S0141-0296(01)00110-9.
).
Así también, calculó el esfuerzo último de compresión (σult) mediante la ecuación [3] y se registró el esfuerzo verdadero (σVer) de cada ensayo.
Donde:
3.2. Flexión paralela a la fibra
⌅Para este ensayo las probetas se ajustaron a lo que establece la norma ISO 22157-1 (25(25)
International Organization for Standardization (2004). ISO 2004a.
Bamboo - Determination of physical and mechanical properties - Part 1:
Requirements. ISO/TR 22157-1. ISO, Switzerland.
), las
cuales se adaptaron a los parámetros de la prueba flexión a 3 puntos con
una longitud entre apoyos de 500 mm y una longitud promedio de 700 mm.
Para cada uno de los elementos se obtuvo diámetro promedio de 28.76 mm y
espesor de pared promedio de 8.41mm (Tabla 1);
mediante lecturas en tres secciones en su longitud y de los espesores
de pared en cuatro puntos sobre ejes ortogonales de la sección en sus
dos extremos. Como se observa en la Figura 4 y 7,
la carga se aplicó de manera puntual a la mitad del claro (L ∕ 2), a
una velocidad constante hasta la falla del espécimen. Durante la prueba,
se registró la carga máxima aplicada a la falla (Fmáx), con la que fue factible calcular su resistencia última a la flexión, (σult) mediante las ecuaciones [4 y 5], respectivamente; obteniendo de igual manera la gráfica de esfuerzo-deformación (F- δ).
Donde:
Donde:
Donde:
Con los promedios de diámetros y espesores de pared de la sección transversal del culmo (tallo) se obtiene el momento de inercia (I) de acuerdo con la ecuación [6].
Donde:
Sustituyendo [4], [6] en [5] se obtiene la resistencia última a la flexión se obtiene:
3.3. Tensión paralela a la fibra
⌅Para ejecutar las pruebas de tensión paralela a la fibra, se cortaron especímenes de la sección transversal, de la parte inferior, media y superior en la dirección radial del tallo. Se obtuvieron 4 probetas de 500 mm de longitud por cada tallo, con nudo y sin nudo, teniendo una longitud efectiva para la probeta de 100 mm y sección transversal igual al espesor de la pared.
De acuerdo con la norma ISO 22157-1 y la NTC 552 2007 (26(26)
International Organization for Standardization (2004). ISO. 2004b.
Bamboo-Determination of physical and mechanical properties -Part 2:
Laboratory manual. ISO/TR 22157-2. ISO, Switzerland.
),
se determinó el área de la sección transversal (A), para ello se
tomaron medidas de la sección transversal en tres puntos a lo largo de
la probeta, obteniendo el promedio en cada caso (Figura 8).
Durante la ejecución de las pruebas, se obtuvo la gráfica de
carga-deformación y se registró el valor de la carga máxima aplicada a
la falla de cada probeta (Fult). Enseguida se calculó el esfuerzo último de tensión (σult) mediante la ecuación [1].
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN
⌅Como fue mencionado al inicio de la sección de materiales y métodos, donde se detallan los procedimientos utilizados para la preparación de los especímenes; previo a su evaluación, fue calculada la densidad básica y contenido de humedad en cada una de las probetas de bambú. Los datos derivados de las pruebas de densidad básica (Db), presentados en la Tabla 2, revelaron que dicho factor se elevó conforme se incrementa la altura del culmo, con valores de 762.96 kg/cm3 (I) a 905.99 kg/cm3 (S), y una media de 886.59 kg/cm3.
Estadístico | Sección del culmo en kg/m³ | ||
---|---|---|---|
Inferior (I) | Media (M) | Superior (S) | |
Media (Ẋ) | 762.96 | 886.59 | 905.99 |
Desviación estándar (S) | 179.52 | 294.07 | 213.35 |
Coeficiente de Variación (%) | 23.53 | 33.17 | 23.55 |
De acuerdo con los resultados presentados en la Tabla 3, al hacer una comparación de los valores de Db obtenidos en el presente estudio con los de otras investigaciones (9(9)
Osorio, A.F.C., Espinosa, W.J.E. (2012). Resistencia a la compresión
paralela a la fibra y determinación del módulo de elasticidad de la
Guadua angustifolia del municipio de Pitalito-Huila (Trabajo de Grado).
Universidad Surcolombiana, Colombia. http://www.usmp.edu.pe/centro_bambu_peru/pdf/Capera_Erazo_Trabajo_grado_USCO.pdf.
, 11(11)
Zaragoza-Hernández, I., Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M.,
Borja-de la Rosa, A.M., Zamudio-Sánchez, F.J. (2015). Propiedades
físico-mecánicas de una guadua mexicana (Guadua Aculeata). Maderas. Ciencia y Tecnología, 17(3), 505-516. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2015005000045.
, 21(21)
Aponte, A.F.G. (2016). Caracterización físico-mecánica de la guadua en
el municipio de Guaduas-Cundinamarca (Magíster en Construcción).
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia. https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/57630/1010187540.2016.pdf?sequence=1.
),
es claro que existen discrepancias entre los datos, lo cual, podría
atribuirse a las variaciones en las características anatómicas y
microestructurales de las diferentes especies de bambú, dicha hipótesis
fue comprobada por otros investigadores (28-30(28)
Hao, H., Tam, LH, Lu, Y., Lau, D. (2018). Un estudio atomístico sobre
el comportamiento mecánico de los constituyentes de la pared celular del
bambú. Compuestos Parte B: Ingeniería, 151, 222-231. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.05.046.
(29)
Akinbade, Y., Harries, K.A., Flower, C.V., Nettleship, I.,
Papadopoulos, C., Platt, S. (2019). Comportamiento mecánico del bambú a
través de paredes de culmo. Construcción y Materiales de Construcción, 216, 485-495. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.04.214.
(30)
Hu, D., Song, B., Dang, L., Zhang, Z. (2018). Efecto de la velocidad de
deformación sobre las propiedades mecánicas del material de bambú en
condiciones de carga cuasiestática y dinámica. Estructuras Compuestas, 200, 635-646. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.05.107.
),
quienes sugieren con base a sus hallazgos que la anatomía y
microestructura de las fibras del bambú, influyen de manera determinante
en su comportamiento mecánico.
Especie | Db, mínima kg/m3 | Db, máxima kg/m3 | Referencia |
---|---|---|---|
Guadua aculeata | 370 | 920 | (11(11)
Zaragoza-Hernández, I., Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M.,
Borja-de la Rosa, A.M., Zamudio-Sánchez, F.J. (2015). Propiedades
físico-mecánicas de una guadua mexicana (Guadua Aculeata). Maderas. Ciencia y Tecnología, 17(3), 505-516. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2015005000045. ) |
Guadua angustifolia | 620 | 900 | |
Dendrocalamus asper | 560 | 700 | |
Bambusa heterostachya | 390 | 580 | |
Bambusa vulgaris | 690 | 840 | |
Bambusa blumeana | 390 | 590 | |
Chusquea culeou | 550 | 690 | |
Gigantocholoa levis | 470 | 800 | |
Guadua angustifolia | 251 | 805 | (9(9)
Osorio, A.F.C., Espinosa, W.J.E. (2012). Resistencia a la compresión
paralela a la fibra y determinación del módulo de elasticidad de la
Guadua angustifolia del municipio de Pitalito-Huila (Trabajo de Grado).
Universidad Surcolombiana, Colombia. http://www.usmp.edu.pe/centro_bambu_peru/pdf/Capera_Erazo_Trabajo_grado_USCO.pdf. ) |
Guadua angustifolia | 537 | 798 | (21(21)
Aponte, A.F.G. (2016). Caracterización físico-mecánica de la guadua en
el municipio de Guaduas-Cundinamarca (Magíster en Construcción).
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia. https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/57630/1010187540.2016.pdf?sequence=1. ) |
Otatea fimbriata | 430 | 1,580 | Datos de los autores |
Por
otra parte, los resultados del contenido de humedad medido en las
probetas de bambú, previo a su evaluación, fluctuaron entre 8 y 12% por
lo que no se consideró como un factor que influyera significativamente
en los resultados de las pruebas mecánicas; lo anterior, es congruente
con lo sugerido por (22(22)
Jakovljević, S., Lisjak, D. (2019). Investigación sobre los efectos de
la humedad en las propiedades mecánicas y físicas del bambú.
Construcción y materiales de construcción, 194, 386-396. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.030
) y (23(23)
Xu, Q., Harries, K., Li, X., Liu, Q., Gottron, J. (2014). Propiedades
mecánicas del bambú estructural después de la inmersión en agua. Estructuras de Ingeniería, 81, 230-239. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.09.044.
);
quienes sugieren, con base a sus hallazgos, que las propiedades
mecánicas del bambú tienden a degradarse significativamente cuando el
contenido de humedad es superior al 30%.
4.1. Efecto de la altura del culmo en compresión, flexión y tensión
⌅Los
resultados de las pruebas de compresión paralela a la fibra,
resistencia a la flexión y resistencia a la tensión, obtenidos de
probetas de bambú con nudos y sin nudos, se presentan en las Tablas 4-9Tablas 4, 5, 6, 7, 8, 9.
Una vez recabados los datos derivados del programa experimental, estos
fueron analizados mediante procedimientos estadísticos de acuerdo con (31(31)
Maya Echeverry, J.M., Camargo García, J.C., Mosquera, O.M. (2017).
Características de las cañas de Guadua según sitio y estado de madurez.
Colombia Forestal, 20 (2), 180-190. https://doi.org/10.14483/udistrital.jour.colomb.for.2017.2.a06.
), empleando el Software R 3.3.2 (32(32) Core Team (2018). A Language and Environment for Statistical Computing. Foundation for Statistical Computing.
).
Los datos de esfuerzo máximo a la compresión paralela a la fibra se presentan en la Tabla 4. Una revisión más detallada de los datos permite advertir que los especímenes de la parte inferior del culmo presentaron valores promedio de 42.4 MPa, lo que contrasta con los valores obtenidos de especímenes de la parte media y superior, los cuales alcanzaron en promedio 49.60 y 45.47 MPa, respectivamente; pero las diferencias existentes entre los pares de medias no resultan significativas entre las tres secciones analizadas del culmo.
Estadístico Compresión | Sección del Culmo | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Inferior | Media | Superior | ||||
Sin Nudo | Con Nudo | Sin Nudo | Con Nudo | Sin Nudo | Con Nudo | |
Media (Ẋ) MPa | 42.47 | 40.42 | 49.60 | 46.25 | 45.47 | 47.45 |
Desviación estándar (S) | 10.04 | 9.64 | 5.96 | 3.78 | 6.74 | 10.01 |
Coeficiente de variación % | 23.63 | 23.86 | 12.02 | 8.17 | 14.82 | 21.1 |
Humedad % | 8.76 | 9.84 | 9.01 | 9.13 | 8.11 | 10.11 |
Db kg/m³ | 617.75 | 783.14 | 880.75 | 1,119.79 | 1,177.73 | 824.38 |
Ẋver | 42.48 | 50.45 | 49.6 | 57.72 | 45.47 | 59.13 |
ẊVER = Media de esfuerzo verdadero |
Especie | Región | Resistencia (MPa) | Referencia | |||
---|---|---|---|---|---|---|
I | M | S | ||||
Guadua aculeata | Puebla | 47.9 | 50.9 | 56.6 | (11(11)
Zaragoza-Hernández, I., Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M.,
Borja-de la Rosa, A.M., Zamudio-Sánchez, F.J. (2015). Propiedades
físico-mecánicas de una guadua mexicana (Guadua Aculeata). Maderas. Ciencia y Tecnología, 17(3), 505-516. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2015005000045. ) |
|
Guadua aculeata | Veracruz | 42.3 | 52.5 | 66.2 | (3(3)
Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M. (2014). Propiedades
físicas y mecánicas de tres especies de guaduas mexicanas (Guadua
aculeata, Guadua amplexifolia y Guadua velutina). Madera y bosques, 20(2), 111-125. http://www.scielo.org.mx/pdf/mb/v20n2/v20n2a10.pdf. ) |
|
Guadua Amplexifolia | Veracruz | 25.1 | 33.6 | 41.8 | ||
Guadua Velutina | Tabasco | 29.3 | 34.9 | 46.6 | ||
Guadua amplexifolia | Veracruz | 25.9 | 28.8 | 33.5 | (36(36)
Oka, G.M., Triwiyono, A., Awaludin, A., Siswosukarto, S. (2014).
Efectos de la posición del nudo, entrenudo y altura sobre las
propiedades mecánicas del bambú Gigantochloa atroviolacea. Ingeniería
Procedia, 95, 31-37. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.12.162 ) |
|
Guadua angustifolia | Colombia | 50.6 | 56.4 | 59.7 | (10(10)
Tam, C.P.T., González, C.E. (2007). Resistencia a la compresión
paralela a la fibra de la Guadua angustifolia y determinación del módulo
de elasticidad. Ingeniería y Universidad, 11(1), 89-104. https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/2343080.pdf. ) |
|
Guadua angustifolia | Colombia | 38.1 | 42.1 | 42.6 | (19(19)
Correal D, JF, Arbeláez C.J. (2010). Influencia de la edad y la altura
sobre las propiedades mecánicas del bambú Guadua angustifolia de
Colombia. Maderas Ciencia y Tecnología, 12(2), 105-113. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2010000200005. ) |
|
Guadua angustifolia | Sin nudo | 33.3 | 43.0 | 42.2 | (37(37) Molari, L., Mentrasti, L., Fabiani, M. (2020). Caracterización mecánica de cinco especies de bambú italiano. Estructuras, 24, 59-72. Elsevier. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2019.12.022. ) |
|
Guadua angustifolia | Con nudo | 36.0 | 39.8 | 43.6 | ||
Mediana | 36.0 | 42.1 | 43.6 | |||
Otatea fimbriata | Chiapas | Sin Nudo | 42.47 | 49.60 | 45.47 | Datos de los autores |
Con nudo | 40.42 | 46.25 | 47.45 |
Notas: (I) Sección inferior, (M) Sección media, (S) Sección superior.
Al contrastar los datos obtenidos en el programa experimental mostrados en la Tabla 5, con valores de resistencia a la compresión para diferentes especies de bambú retomados de la literatura (3(3)
Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M. (2014). Propiedades
físicas y mecánicas de tres especies de guaduas mexicanas (Guadua
aculeata, Guadua amplexifolia y Guadua velutina). Madera y bosques, 20(2), 111-125. http://www.scielo.org.mx/pdf/mb/v20n2/v20n2a10.pdf.
, 10(10)
Tam, C.P.T., González, C.E. (2007). Resistencia a la compresión
paralela a la fibra de la Guadua angustifolia y determinación del módulo
de elasticidad. Ingeniería y Universidad, 11(1), 89-104. https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/2343080.pdf.
, 11(11)
Zaragoza-Hernández, I., Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M.,
Borja-de la Rosa, A.M., Zamudio-Sánchez, F.J. (2015). Propiedades
físico-mecánicas de una guadua mexicana (Guadua Aculeata). Maderas. Ciencia y Tecnología, 17(3), 505-516. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2015005000045.
, 19(19)
Correal D, JF, Arbeláez C.J. (2010). Influencia de la edad y la altura
sobre las propiedades mecánicas del bambú Guadua angustifolia de
Colombia. Maderas Ciencia y Tecnología, 12(2), 105-113. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2010000200005.
, 33(33)
Medrano, M.T.S., Mújica, J.A.E., Gutiérrez, R.S.R. (2016). El bambú
como elemento estructural: la especie Guadua Amplexifolia. Nova Scientia, 8 (17), 657-677. https://doi.org/10.21640/ns.v8i17.451.
, 34(34)
Moreno, L.A.C., Rojas, W.G.H., Junco, O.J.G. (2012). Caracterización de
la Guadua Angustifolia Kunth cultivada en Miraflores (Boyacá) de
acuerdo con la NSR-10. Facultad de Ingeniería, 21(33), 53-71. https://www.redalyc.org/pdf/4139/413940772006.pdf.
, 35(35)
Ciro Velásquez, H.J., Osorio Saraz, J.A., Vélez Restrepo, J.M. (2005).
Determinación de la resistencia mecánica a tensión y cizalladura de la
Guadua angustifolia Kunth. Revista Facultad Nacional de Agronomía
Medellín, 58(1), 2709-2715. http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttextpid=S0304-28472005000100010.
, 36(36)
Oka, G.M., Triwiyono, A., Awaludin, A., Siswosukarto, S. (2014).
Efectos de la posición del nudo, entrenudo y altura sobre las
propiedades mecánicas del bambú Gigantochloa atroviolacea. Ingeniería
Procedia, 95, 31-37. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.12.162
, 37(37) Molari, L., Mentrasti, L., Fabiani, M. (2020). Caracterización mecánica de cinco especies de bambú italiano. Estructuras, 24, 59-72. Elsevier. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2019.12.022.
), es posible constatar que la Otatea F. S.,
tuvo un comportamiento superior o igual a los valores de resistencia a
la compresión obtenidos en experimentaciones similares. Además de lo
antes mencionado, los hallazgos también permitieron deducir que, en la
mayoría de los casos, entre mayor la altura del culmo, mayor la
resistencia a la compresión. De la misma manera, los datos mostraron que
no existió un efecto significativo en la resistencia a la compresión de
la Otatea fimbriata debido a la presencia o no de los nudos.
Estadístico flexión | Sección del culmo | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Inferior | Media | Superior | ||||
Sin nudo | Con nudo | Sin nudo | Con nudo | Sin nudo | Con nudo | |
Media (Ẋ) (MPa) | 47.63 | 10.66 | 58.47 | 29.17 | 48.94 | 27.21 |
Desviación estándar (S) | 11.09 | 2.01 | 14.02 | 1.04 | 9.89 | 2.44 |
Coeficiente de variación % | 18.02 | 0.07 | 20.31 | 0.02 | 20.45 | 0.05 |
Humedad % | 11.65 | 12.06 | 10.84 | |||
Db (kg/m3) | 871.06 | 838.96 | 942.08 |
Con respecto a los datos generados de las pruebas de resistencia última a la flexión paralela a la fibra, los cuales son presentados en la Tabla 6, es posible deducir que los especímenes obtenidos de las secciones media y superior del culmo, fueron los que presentaron una mayor resistencia a la flexión al compararlos con aquellos obtenidos de la parte inferior.
Un análisis más detallado de los datos presentados en la Tabla 6,
reveló que los especímenes obtenidos de la parte media y superior del
culmo sin nudo presentaron valores promedio de 58.47 MPa y 48.94 MPa,
respectivamente; en contraste, los especímenes obtenidos de la parte
inferior alcanzaron solo 48.94 MPa en promedio. De acuerdo con dichos
hallazgos, es posible asumir que en general, la resistencia a la flexión
del bambú tendió a disminuir en un rango aproximado de 20 a 30% a
medida que se incrementó la altura del tallo. Dicho hallazgo entra en
controversia al analizar la información presentada en la Tabla 7, donde se destacan los datos publicados por otros autores sobre la resistencia a la flexión para otras especies de bambú (3(3)
Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M. (2014). Propiedades
físicas y mecánicas de tres especies de guaduas mexicanas (Guadua
aculeata, Guadua amplexifolia y Guadua velutina). Madera y bosques, 20(2), 111-125. http://www.scielo.org.mx/pdf/mb/v20n2/v20n2a10.pdf.
, 11(11)
Zaragoza-Hernández, I., Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M.,
Borja-de la Rosa, A.M., Zamudio-Sánchez, F.J. (2015). Propiedades
físico-mecánicas de una guadua mexicana (Guadua Aculeata). Maderas. Ciencia y Tecnología, 17(3), 505-516. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2015005000045.
, 19(19)
Correal D, JF, Arbeláez C.J. (2010). Influencia de la edad y la altura
sobre las propiedades mecánicas del bambú Guadua angustifolia de
Colombia. Maderas Ciencia y Tecnología, 12(2), 105-113. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2010000200005.
, 33(33)
Medrano, M.T.S., Mújica, J.A.E., Gutiérrez, R.S.R. (2016). El bambú
como elemento estructural: la especie Guadua Amplexifolia. Nova Scientia, 8 (17), 657-677. https://doi.org/10.21640/ns.v8i17.451.
, 34(34)
Moreno, L.A.C., Rojas, W.G.H., Junco, O.J.G. (2012). Caracterización de
la Guadua Angustifolia Kunth cultivada en Miraflores (Boyacá) de
acuerdo con la NSR-10. Facultad de Ingeniería, 21(33), 53-71. https://www.redalyc.org/pdf/4139/413940772006.pdf.
, 35(35)
Ciro Velásquez, H.J., Osorio Saraz, J.A., Vélez Restrepo, J.M. (2005).
Determinación de la resistencia mecánica a tensión y cizalladura de la
Guadua angustifolia Kunth. Revista Facultad Nacional de Agronomía
Medellín, 58(1), 2709-2715. http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttextpid=S0304-28472005000100010.
, 36(36)
Oka, G.M., Triwiyono, A., Awaludin, A., Siswosukarto, S. (2014).
Efectos de la posición del nudo, entrenudo y altura sobre las
propiedades mecánicas del bambú Gigantochloa atroviolacea. Ingeniería
Procedia, 95, 31-37. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.12.162
, 37(37) Molari, L., Mentrasti, L., Fabiani, M. (2020). Caracterización mecánica de cinco especies de bambú italiano. Estructuras, 24, 59-72. Elsevier. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2019.12.022.
).
Especie | Región | Resistencia (MPa) | Referencia | |||
---|---|---|---|---|---|---|
I | M | S | ||||
Guadua aculeata | Puebla | 76.6 | 62.8 | 73.3 | (11(11)
Zaragoza-Hernández, I., Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M.,
Borja-de la Rosa, A.M., Zamudio-Sánchez, F.J. (2015). Propiedades
físico-mecánicas de una guadua mexicana (Guadua Aculeata). Maderas. Ciencia y Tecnología, 17(3), 505-516. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2015005000045. ) |
|
Guadua amplexifolia | Veracruz | 59.7 | 66.3 | 89.2 | (3(3)
Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M. (2014). Propiedades
físicas y mecánicas de tres especies de guaduas mexicanas (Guadua
aculeata, Guadua amplexifolia y Guadua velutina). Madera y bosques, 20(2), 111-125. http://www.scielo.org.mx/pdf/mb/v20n2/v20n2a10.pdf. )(33(33) Medrano, M.T.S., Mújica, J.A.E., Gutiérrez, R.S.R. (2016). El bambú como elemento estructural: la especie Guadua Amplexifolia. Nova Scientia, 8 (17), 657-677. https://doi.org/10.21640/ns.v8i17.451. ) |
|
Guadua amplexifolia | Veracruz | 77.5 | 90.9 | 102.1 | ||
Guadua Velutina | Tabasco | 75.6 | 82.8 | 88.3 | ||
Guadua angustifolia | Colombia | 88.8 | 91.6 | 97.8 | (19(19)
Correal D, JF, Arbeláez C.J. (2010). Influencia de la edad y la altura
sobre las propiedades mecánicas del bambú Guadua angustifolia de
Colombia. Maderas Ciencia y Tecnología, 12(2), 105-113. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2010000200005. ) |
|
Guadua angustifolia | N/A | 113.0 | 106.0 | 103.0 | (3(3)
Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M. (2014). Propiedades
físicas y mecánicas de tres especies de guaduas mexicanas (Guadua
aculeata, Guadua amplexifolia y Guadua velutina). Madera y bosques, 20(2), 111-125. http://www.scielo.org.mx/pdf/mb/v20n2/v20n2a10.pdf. )(34(34) Moreno, L.A.C., Rojas, W.G.H., Junco, O.J.G. (2012). Caracterización de la Guadua Angustifolia Kunth cultivada en Miraflores (Boyacá) de acuerdo con la NSR-10. Facultad de Ingeniería, 21(33), 53-71. https://www.redalyc.org/pdf/4139/413940772006.pdf. ) |
|
Mediana | 77.1 | 86.9 | 93.5 | |||
Otatea fimbriata | Chiapas | Sin Nudo | 47.63 | 58.47 | 48.94 | Datos de los autores |
Con nudo | 10.66 | 29.17 | 27.21 |
Notas: (I) Sección inferior, (M) Sección media, (S) Sección superior.
Al comparar los datos presentados en la Tabla 7, es interesante observar que conforme aumento la altura del culmo, la resistencia a la flexión tendió a aumentar en la mayoría de los casos; está en concordancia con lo observado en esta investigación.
Los resultados de las pruebas de tensión paralélala a la fibra, en probetas con nudo y sin nudo, se presentan en la Tabla 8. Al analizar los datos, es posible advertir que existe una diferencia de entre 11 a 14 % en los valores de tensión paralela a la fibra en especímenes sin nudo, obtenidos de las tres secciones de culmo inferior, media y superior.
Especie | Región | Resistencia (MPa) | Referencia | |||
---|---|---|---|---|---|---|
I | M | S | ||||
Guadua aculeata | Puebla | 58.50 | 92.21 | 63.60 | (11(11)
Zaragoza-Hernández, I., Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M.,
Borja-de la Rosa, A.M., Zamudio-Sánchez, F.J. (2015). Propiedades
físico-mecánicas de una guadua mexicana (Guadua Aculeata). Maderas. Ciencia y Tecnología, 17(3), 505-516. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2015005000045. ) |
|
Guadua amplexifolia | Veracruz | 154.84 | 183.96 | 198.58 | (36(36)
Oka, G.M., Triwiyono, A., Awaludin, A., Siswosukarto, S. (2014).
Efectos de la posición del nudo, entrenudo y altura sobre las
propiedades mecánicas del bambú Gigantochloa atroviolacea. Ingeniería
Procedia, 95, 31-37. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.12.162 ) |
|
Guadua angustifolia | N/A | 52.25 | 52.43 | 47.63 | (21(21)
Aponte, A.F.G. (2016). Caracterización físico-mecánica de la guadua en
el municipio de Guaduas-Cundinamarca (Magíster en Construcción).
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia. https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/57630/1010187540.2016.pdf?sequence=1. ) |
|
Guadua angustifolia | N/A | 190.70 | (38(38)
Gauss, C., Savastano Jr, H. y Harries, KA (2019). Uso de métodos de
prueba mecánicos ISO 22157 y caracterización del bambú brasileño P.
Edulis. Construcción y Materiales de Construcción, 228, 116728. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.116728. ) |
|||
Guadua angustifolia | Sin nudo | 162.60 | 138.3 | 202.41 | (37(37) Molari, L., Mentrasti, L., Fabiani, M. (2020). Caracterización mecánica de cinco especies de bambú italiano. Estructuras, 24, 59-72. Elsevier. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2019.12.022. ) |
|
Guadua angustifolia | Con nudo | 108.00 | 91.91 | 175.95 | ||
Mediana | 131.42 | 115.25 | 183.32 | |||
Otatea fimbriata | Chiapas | Sin nudo | 95.15 | 108.02 | 92.86 | Datos de los autores |
Con nudo | 110.00 | 100.63 | 94.67 |
En la tabla 9,
se presenta una comparativa de los valores promedio obtenidos de las
pruebas de tensión paralela a la fibra con respecto a datos recabados de
investigaciones similares (11(11)
Zaragoza-Hernández, I., Ordóñez-Candelaria, V.R., Bárcenas-Pazos, G.M.,
Borja-de la Rosa, A.M., Zamudio-Sánchez, F.J. (2015). Propiedades
físico-mecánicas de una guadua mexicana (Guadua Aculeata). Maderas. Ciencia y Tecnología, 17(3), 505-516. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2015005000045.
, 21(21)
Aponte, A.F.G. (2016). Caracterización físico-mecánica de la guadua en
el municipio de Guaduas-Cundinamarca (Magíster en Construcción).
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia. https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/57630/1010187540.2016.pdf?sequence=1.
, 21(21)
Aponte, A.F.G. (2016). Caracterización físico-mecánica de la guadua en
el municipio de Guaduas-Cundinamarca (Magíster en Construcción).
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia. https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/57630/1010187540.2016.pdf?sequence=1.
, 36-40(36)
Oka, G.M., Triwiyono, A., Awaludin, A., Siswosukarto, S. (2014).
Efectos de la posición del nudo, entrenudo y altura sobre las
propiedades mecánicas del bambú Gigantochloa atroviolacea. Ingeniería
Procedia, 95, 31-37. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.12.162
(37) Molari, L., Mentrasti, L., Fabiani, M. (2020). Caracterización mecánica de cinco especies de bambú italiano. Estructuras, 24, 59-72. Elsevier. https://doi.org/10.1016/j.istruc.2019.12.022.
(38)
Gauss, C., Savastano Jr, H. y Harries, KA (2019). Uso de métodos de
prueba mecánicos ISO 22157 y caracterización del bambú brasileño P.
Edulis. Construcción y Materiales de Construcción, 228, 116728. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.116728.
(39) Ghavami, K. (2005). Bambú como refuerzo en elementos de hormigón estructural. Compuestos de Cemento y Hormigón, 27 (6), 637-649. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2004.06.002.
(40) Richard, M.J., Harries, K.A. (2015). Sobre la flexión inherente en las pruebas de tensión del bambú. Ciencia y Tecnología de la Madera, 49(1), 99-119. https://doi.org/10.1007/s00226-014-0681-9.
).
Al comparar dicha información, es posible advertir que, en la mayoría
de los casos, existe una disminución de 22 a 48% en la resistencia a la
tensión en aquellos especímenes obtenidos de la parte inferior y media
del tallo, con respecto a los especímenes de la parte superior.
Estadístico Tensión | Sección del culmo | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Inferior | Media | Superior | ||||
Sin nudo | Con nudo | Sin nudo | Con nudo | Sin nudo | Con nudo | |
Media (Ẋ) (MPa) | 96.15 a | 110.0a | 108.02 a | 100.63a | 92.86 a | 94.67 a |
Desviación estándar (S) | 23.68 | 27.05 | 25.43 | 43.00 | 24.69 | 19.52 |
Coeficiente de variación % | 24.63 | 24.59 | 23.55 | 42.73 | 26.59 | 20.62 |
Humedad % | 9.50 | 9.07 | 9.41 | 9.44 | 9.96 | 9.54 |
Db (kg/m3) | 1,178.3 | 741.4 | 1,096.4 | 685.4 | 1,150.0 | 696.78 |
Los datos presentados en la Tabla 9,
muestran un aumento en la resistencia a la tensión de aproximadamente
14% en los especímenes de la parte superior con respecto a los de la
parte media e inferior. Dichos hallazgos, confirman la hipótesis de la
existencia de una variabilidad en las características mecánicas del
culmo con respecto a su longitud, esto debido quizás, a la variabilidad
en el espesor de pared a lo largo del tallo, así como a las variaciones
microestructurales que podrían presentarse a consecuencia de su edad de
maduración. Esta hipótesis está en total concordancia con los resultados
presentados en una investigación similar realizada para evaluar las
propiedades mecánicas de dos especies de bambú provenientes de la región
del sudeste asiático (27(27) Chung, K.F., Yu, W.K. (2002). Propiedades mecánicas del bambú estructural para andamios de bambú. Estructuras de Ingeniería, 24 (4), 429-442. https://doi.org/10.1016/S0141-0296(01)00110-9.
).
En este trabajo experimental, de acuerdo con los resultados obtenidos,
se concluye que es necesario considerar la no uniformidad en el
comportamiento estructural del bambú, debido a la variaciones físicas y
mecánicas encontradas a lo largo del culmo.
4.2. Efecto de la presencia de nudos en el culmo
⌅El efecto de la presencia de los nudos en las diferentes alturas del culmo (inferior, media y superior), con respecto a las propiedades mecánicas analizadas del bambú Otatea fimbriata Sonderst, se presentan en las Figs. 9-11Figs. 9, 10, 11. Las líneas verticales sobre las barras representan el error estándar de la media. De acuerdo con los resultados, es evidente que la presencia de los nudos en las diferentes alturas del culmo influyeron, aunque en distintos grados, en las propiedades mecánicas del bambú evaluadas.
Un análisis más detallado de los datos presentados en la Figura 9, donde se comparan los resultados de resistencia a la compresión paralela a la fibra en especímenes de las tres secciones de culmo, con y sin nudos; revelo que, en los especímenes sin nodo, hubo un ligero aumento en la resistencia a la compresión conforme se incrementó la altura del culmo. En cuanto a la resistencia a la compresión medida en las probetas con nudo, el valor promedio obtenido de los especímenes de la sección inferior del culmo fue de 40.4 MPa, lo que representa una reducción de entre 11 al 12% con respecto a los 46.2 MPa y 45.4 MPa, obtenidos de los especímenes de las secciones media y superior, respectivamente. Es interesante destacar que dicho comportamiento fue muy similar a lo encontrado en los especímenes sin nudo, lo que podría indicar una ligera variación en la resistencia a la compresión paralela a la fibra con respecto a su altura, sin importar la presencia o no de nudos a lo largo del tallo.
El efecto de la presencia de los nudos en la resistencia última a la flexión, para las tres diferentes alturas del culmo, son reportados en la Figura 10. De acuerdo con los resultados, es evidente que, la presencia de nudos en el culmo influyó de manera negativa en la resistencia a la flexión de la Otatea fimbriata. En especímenes con nudo, el promedio obtenido en probetas de la sección inferior fue de 10.66 MPa, para la parte media se obtuvo un promedio de 29.17 MPa y 27.21 MPa para probetas de la sección superior (ver Tabla 6). Al contrastar dichos datos, se observó una disminución mayor al 60% en la resistencia a la flexión en especímenes de la sección inferior con respecto a aquellos obtenidos de la sección media y superior.
Al hacer una revisión de los datos obtenidos de los especímenes con y sin presencia de nudos, los resultados revelaron que en general hubo una reducción en la resistencia a la flexión en las probetas con nudo con respecto a aquellas sin nudos. Específicamente, en los especímenes obtenidos de la sección inferior, su resistencia a la flexión disminuyó en aproximadamente 77%, al comparar los 47.63 MPa obtenidos en promedio para especímenes sin nudos en contraste con los 10.66 MPa obtenidos en aquellos con nudos. En el mismo sentido, al comparar los resultados de especímenes de la sección media, se tuvo una resistencia de 58.47 MPa para probetas sin nudo y 29.17 MPa para probetas con nudo, por lo que la reducción en la resistencia a la flexión fue de aproximadamente 50%. Y para los especímenes de sección superior, la reducción fue de 53%, ya que se obtuvieron valores de 48.94 MPa para especímenes sin nudo y 27.21 MPa para especímenes con nudo. Lo anterior, confirma la hipótesis de que la presencia de nudos en el culmo tuvo un efecto negativo en la resistencia ultima a la flexión de la Otatea fimbriata; sin embargo, dicho efecto se disminuyó aproximadamente en un 25% al incrementarse la altura del culmo.
La
longitud efectiva de los culmos es de 4000-4500 mm por lo que para uso a
flexión los nudos no pueden ser evitados. Los resultados de las pruebas
de esfuerzo último a la tensión paralela a la fibra se reportan en la Figura 11.
De acuerdo con los datos, los especímenes con nudos obtenidos para la
sección media alcanzaron 100.6 MPa y 94.6 MPa para los de la superior.
Al comparar los datos anteriores con los 110 MPa, obtenidos en los
especímenes de la sección inferior, se observa una disminución de 8.5%
con respecto a los de la sección media y 14% para los de la sección
superior. Ante esto, es posible inferir que, en los especímenes con
nudos, el esfuerzo de tensión de la Otatea fimbriata disminuyó
ligeramente conforme se fue incrementándose la altura del culmo. Lo
anterior, contrasta con los resultados obtenidos por (39(39) Ghavami, K. (2005). Bambú como refuerzo en elementos de hormigón estructural. Compuestos de Cemento y Hormigón, 27 (6), 637-649. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2004.06.002.
),
quienes concluyeron con base a los resultados de su investigación, que
la tensión paralela a la fibra en secciones de bambú con nudo y entre
nudo de la especie gigantochloa atroviolacea, aumentó conforme se incrementó la altura del culmo.
Al comparar los resultados de los especímenes sin nudo y con nudo, no se observó un efecto claro en la tensión paralela a la fibra, debido a la presencia o no de los nudos; dado que, mientras en los especímenes con nudo de la sección inferior hubo un incremento de aproximadamente 12%, con respecto a los sin nudo; en contraste, en la sección media se observó una disminución de aproximadamente 7%, debido a la presencia de los nudos. Finalmente, en los especímenes de la sección superior, se observó un ligero aumento menor al 2%, al comparar aquellos con y sin nudos. Por lo anterior, se puede inferir que la existencia o no de nudos en la Otatea fimbriata, no tuvo un efecto significativo en el esfuerzo de tensión paralela la fibra.
5. CONCLUSIONES
⌅De acuerdo con los resultados obtenidos en el presente programa experimental, se pueden emitir las siguientes conclusiones generales:
El promedio de espesor de pared de la Otatea f. s.es de 8.16 mm con densidad incremental desde la parte inferior de 762.96 kg/m3, 886.59 kg/m3 en sección media y 905.99 kg/m3 en la parte superior, lo que resulta acorde a lo expuesto en otras especies como la Guadua angustifolia que posee un diámetro que va desde 23 mm hasta 40 mm y densidad de 537 kg/m3 a 798 kg/m3 [21(21)
Aponte, A.F.G. (2016). Caracterización físico-mecánica de la guadua en
el municipio de Guaduas-Cundinamarca (Magíster en Construcción).
Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, Colombia. https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/handle/unal/57630/1010187540.2016.pdf?sequence=1.
].
El contenido de humedad se consideró en estado seco por el rango
obtenido que va del 8 al 12% lo que reduce la degradación del culmo. [22(22)
Jakovljević, S., Lisjak, D. (2019). Investigación sobre los efectos de
la humedad en las propiedades mecánicas y físicas del bambú.
Construcción y materiales de construcción, 194, 386-396. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.11.030
] [23(23)
Xu, Q., Harries, K., Li, X., Liu, Q., Gottron, J. (2014). Propiedades
mecánicas del bambú estructural después de la inmersión en agua. Estructuras de Ingeniería, 81, 230-239. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2014.09.044.
].
Se discute la diferencia del espesor de la pared entre las especies y
la similitud en su comportamiento a compresión, considerando la mayor
densidad que posee la Otatea f. s. con relación a la Guadua angustifolia, lo cual explica la similitud en resistencia a compresión, aunque la Otatea f. s. posee un diámetro menor. (tabla 5) Así como la longitud del culmo efectivo de la Otatea f. s. que es de 4000 a 4500 mm, lo que resulta menor en comparación con la longitud efectiva de las Guaduas. Las características en el diámetro promedio, longitud efectiva y densidad de la Otatea f. s. requiere ser considerado para determinar su aplicación útil en construcción.
Con respecto a los resultados de resistencia última en compresión paralela a la fibra, en general dicha propiedad tendió a incrementarse, entre 10 y 15%, a medida que aumentó la altura del culmo. De la misma manera, los datos mostraron que no existió un efecto significativo en la resistencia a la compresión de la Otatea fimbriata debido a la presencia o no de los nudos a lo largo del culmo.
En lo concerniente a la resistencia a la flexión paralela a la fibra, los resultados revelaron que, en general, la resistencia a la flexión del bambú tendió a disminuirse en un rango de aproximadamente 20 a 30% a medida que se incrementó la altura del tallo. Y al comparar los resultados de las probetas con nudos y sin nudos, en general hubo una reducción de 77% en la sección inferior, 50% en la sección media y 53% para la sección superior en la resistencia a la flexión.
Con respecto a los ensayos a tensión paralela a la fibra, los resultados revelaron que, existió una disminución de 22 a 48% en la resistencia a la tensión en aquellos especímenes obtenidos de la parte inferior y media del tallo, con respecto a los especímenes de la parte superior. Al comparar los resultados obtenidos de especímenes sin nudo y con nudo, se puede concluir que la existencia o no de nudos en la Otatea fimbriata, no tuvo un efecto importante en su resistencia a la tensión paralela la fibra.
Al obtener en los ensayos de compresión un promedio de 45.27 MPa y en tensión un promedio de 100.36 Mpa en probetas con y sin nudo y comparando a lo reportado en Guadua angustifolia: 43.6 MPa en compresión y 108 MPa en tensión, se comprueba el potencial para uso estructural de la Otatea f. s. Los resultados de flexión promedio con y sin nudo son de 37.01 MPa lo que resultó debajo de lo reportado en G. angustifolia, la presencia de nudos afectó el desempeño mecánico, no obstante, con base a la información se concluye que la Otatea f. s. tiene potencialidades para su aprovechamiento en la conformación de elementos constructivos. Se requiere estudios de durabilidad y preservación para mejorar la aplicación de la Otatea f. s. como recurso regional de construcción.
Finalmente, los resultados obtenidos en este programa experimental permiten concluir que, la Otatea fimbriata cuenta con características mecánicas similares o superiores a las de otras especies de bambú, tales como: la guadua aculeata, guadua amplexifolia y guadua angustifolia, ampliamente utilizadas en México y en otros países para la construcción de diversas estructuras.