Uniones a tracción en guadua angustifolia empleando varilla rosca

Ingeniería Civil

•

SIN SIGLA

Lusbin CABALLERO GONZALEZ

3/2/2024

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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
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Ingeniería Civil Facultad de Ingeniería
6-2017
Uniones a tracción en guadua angustifolia empleando varilla Uniones a tracción en guadua angustifolia empleando varilla
roscada y compuesto a base de resina poliéster y fibras naturales roscada y compuesto a base de resina poliéster y fibras naturales
Raúl Andrés Ávila Ortega
Universidad de La Salle, Bogotá
José Leonardo Mora Valbuena
Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada
Ávila Ortega, R. A., & Mora Valbuena, J. L. (2017). Uniones a tracción en guadua angustifolia empleando
varilla roscada y compuesto a base de resina poliéster y fibras naturales. Retrieved from
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Uniones a tracción en guadua Angustifolia empleando varilla roscada y compuesto a base de
resina poliéster y fibras naturales

RAÚL ANDRÉS ÁVILA ORTEGA
JOSÉ LEONARDO MORA VALBUENA

UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C.
2017
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 2
Uniones a tracción en guadua angustifolia empleando varilla roscada y compuesto a
base de resina poliéster y fibras naturales

Raúl Andrés Ávila Ortega.
José Leonardo Mora Valbuena.

Trabajo de Grado presentado como requisito para optar al título de Ingeniero Civil.

Director Temático
Ingeniero Iván Mora

Universidad de La Salle
Facultad de Ingeniería
Programa de Ingeniería Civil
Bogotá D.C.
2017
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 3
Nota de aceptación

_____________________________
_____________________________
_____________________________
_____________________________

____________________________
Presidente del Jurado

____________________________
Jurado
____________________________
Jurado

Bogotá, Junio de 2017

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 4
Contenido
Introducción ................................................................................................................................ 11
1. Objetivos .................................................................................................................................. 12
2. Antecedentes ............................................................................................................................ 13
3.Marco Teórico .......................................................................................................................... 18
3.1Guadua, como material en la construcción ...................................................................... 18
3.2 El fique o fibra de sisal ................................................................................................... 21
3.3 Resina de poliéster. ......................................................................................................... 23
4. Materiales ................................................................................................................................ 25
4.1 Guadua Angustifolia Kunth ............................................................................................ 25
4.2 Material de relleno de probetas. ..................................................................................... 25
4.2.1 Fique. ....................................................................................................................... 25
4.2.2 Resina poliéster. ....................................................................................................... 26
4.2.3 Trozos de Guadua. ................................................................................................... 28
5. Metodología ............................................................................................................................. 31
5.1 Caracterización de Guadua Angustifolia Kunth. ............................................................ 31
5.1.1 Ensayo de compresión paralela a la fibra. ............................................................... 31
5.1.2 Ensayo de compresión perpendicular a la fibra. ...................................................... 32
5.1.3 Ensayo de tracción paralela a la fibra. ..................................................................... 33
5.1.4 Ensayo de tracción perpendicular a la fibra. ............................................................ 34
5.1.5 Ensayo de corte paralelo a la fibra ........................................................................... 35
5.2 Caracterización del compuesto a base de resina de poliéster y fibras naturales ............ 37
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 5
5.2.1 Ensayo de Compresión. ........................................................................................... 37
5.2.2 Ensayo de Tracción indirecta. ................................................................................. 39
5.3 Caracterización de pernos. .............................................................................................. 40
5.3.1 Ensayo de tracción. .................................................................................................. 40
5.4 Elaboración de conexiones ............................................................................................. 42
5.4.1 Descripción del montaje .......................................................................................... 42
5.4.2 Descripción del ensayo. ........................................................................................... 43
5.4.3 Elaboración de probetas ........................................................................................... 44
5.4.4 Uso de Zuncho Metálico. ......................................................................................... 45
5.4.5 Relleno De Probetas. ................................................................................................ 46
5.5.1 Descripción De La Elaboración De La Conexión. .................................................. 48
5.5.2 Prueba De Carga En El Puente. ............................................................................... 51
6. Análisis de resultados ............................................................................................................. 53
6.1 Propiedades mecánicas de la Guadua Angustifolia Kunth ............................................ 53
6.1.1 Compresión paralela a la fibra de la Guadua. ..........................................................53
6.1.2 Compresión perpendicular a la fibra. ....................................................................... 55
6.1.3 Tracción paralela. ..................................................................................................... 58
6.1.4 Tracción perpendicular ............................................................................................ 60
6.1.5 Corte paralelo. .......................................................................................................... 62
6.2 Propiedades mecánicas del compuesto a base de resina de poliéster y fibras naturales. 64
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 6
6.2.1 Compresión en compuesto a base de resina de poliéster y fibras naturales. ........... 64
6.2.2 Tracción indirecta en compuesto a base de resina de poliéster y fibras naturales. .. 68
6.3 Resistencia a la tracción de pernos. ................................................................................ 68
6.4 Unión a tracción en Guadua Angustifolia ...................................................................... 69
6.4.1 Análisis visual .......................................................................................................... 69
6.4.2 Análisis gráfico ........................................................................................................ 72
7. Conclusiones y recomendaciones ........................................................................................... 77
8. Bibliografía .............................................................................................................................. 79

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 7
Lista de figuras
FIGURA 1. CELY & CRUZ. 2013. MODELO CON LA GEOMETRÍA GENERAL DEL MÓDULO .................................................................. 14
FIGURA 2. MONTAJE A TRACCIÓN. FUENTE: RECUPERADO DE TRABAJO DE GRADO EDWIN HELÍ FLÓREZ, 2003 UNIVERSIDAD NACIONAL DE
COLOMBIA. PÁG. 34 ............................................................................................................................................... 15
FIGURA 3. MUESTRA DE GUADUAL .FUENTE: HTTP://FILOSOFIA6ALTSM.BLOGSPOT.COM.CO .......................................................... 18
FIGURA 4.MORFOLOGÍA DE LA GUADUA ING. EDWIN FORERO FUENTE: TESIS DE GRADO. SIMÓN VÉLEZ. .......................................... 19
FIGURA 5. CULTIVO DE FIQUE O CABUYA. FUENTE: HTTP://WWW.CHEMISTRY2011.ORG ............................................................... 21
FIGURA 6 . MUESTRA CAMPESINA DEL CULTIVO DE FIQUE. FUENTE: HTTP://AGROINDUSTRIAHOY.BLOGSPOT.COM.CO .......................... 22
FIGURA 7. FIBRA DE FIQUE ................................................................................................................................................. 26
FIGURA 8. MONÓMERO DE ESTIRENO. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ...................................................................................... 27
FIGURA 9. CATALIZADOR DE RESINA MEC FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA .................................................................................. 27
FIGURA 10. MUESTRA DE RESINA DE POLIÉSTER LÍQUIDA. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ............................................................. 27
FIGURA 11. TROZOS DE GUADUA FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA .............................................................................................. 28
FIGURA 12. PERNO ½”. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA .......................................................................................................... 29
FIGURA 13. TUERCA EMPLEADA EN ENSAYOS Y UNIONES. ......................................................................................................... 29
FIGURA 14. ARANDELAS. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ......................................................................................................... 30
FIGURA 15 NEO LITE. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA. ............................................................................................................ 30
FIGURA 16. PLATINAS USADAS EN EL ENSAYO DE COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA DE LA GUADUA FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ..... 32
FIGURA 17. MONTAJE PARA ENSAYO DE COMPRESIÓN PARALELA A LA GUADUA. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) .............................. 32
FIGURA 18. MUESTRA DE PROBETAS PARA ENSAYOS DE COMPRESIÓN PERPENDICULAR. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA ....................... 33
FIGURA 19. MUESTRA DE ENSAYO. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ......................................................................................... 33
FIGURA 20. MUESTRA PROBETA PARA ENSAYO DE TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA DE LA GUADUA CON NUDO. .................................. 34
FIGURA 21. PROBETAS PARA SER ENSAYADAS A TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA DE LA GUADUA. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA. . 34
FIGURA 22. MONTAJE DE ENSAYO DE TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA DE LA GUADUA. FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA. .............. 35
FIGURA 23. DISPOSITIVOS EMPLEADOS PARA LA APLICACIÓN DE LA CARGA EN ENSAYO DE CORTE PARALELO A LA FIBRA. (FUENTE:
ELABORACIÓN PROPIA) ............................................................................................................................................. 35
FIGURA 24. PROBETAS CON NUDO PARA ENSAYO DE CORTE PARALELO A LA FIBRA DE LA GUADUA. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ...... 36
file:///C:/Users/NIDIA%20MORA/Favorites/Desktop/tesis%20Leo/Tesis%20Guadua%20Angustiforme%20Ultima.docx%23_Toc485046440
file:///C:/Users/NIDIA%20MORA/Favorites/Desktop/tesis%20Leo/Tesis%20Guadua%20Angustiforme%20Ultima.docx%23_Toc485046445
file:///C:/Users/NIDIA%20MORA/Favorites/Desktop/tesis%20Leo/Tesis%20Guadua%20Angustiforme%20Ultima.docx%23_Toc485046446
file:///C:/Users/NIDIA%20MORA/Favorites/Desktop/tesis%20Leo/Tesis%20Guadua%20Angustiforme%20Ultima.docx%23_Toc485046447
file:///C:/Users/NIDIA%20MORA/Favorites/Desktop/tesis%20Leo/Tesis%20Guadua%20Angustiforme%20Ultima.docx%23_Toc485046449
file:///C:/Users/NIDIA%20MORA/Favorites/Desktop/tesis%20Leo/Tesis%20Guadua%20Angustiforme%20Ultima.docx%23_Toc485046450
file:///C:/Users/NIDIA%20MORA/Favorites/Desktop/tesis%20Leo/Tesis%20Guadua%20Angustiforme%20Ultima.docx%23_Toc485046451
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 8
FIGURA 25. PROBETAS SIN NUDO PARA ENSAYO DE CORTE PARALELO A LA FIBRA DE LA GUADUA. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ........ 36
FIGURA 26. MONTAJE PARA ENSAYO DE CORTE PARALELO A LA FIBRA DE LA GUADUA. ................................................................... 37
FIGURA 27. PROBETAS PARA ENSAYO DE CARACTERIZACIÓN DE COMPUESTO. ............................................................................... 37
FIGURA 28. PROBETA PARA ENSAYO DE TRACCIÓN INDIRECTA (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ...................................................... 39
FIGURA 29. PERNOS PARA REALIZAR EL ENSAYO DE TRACCIÓN. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ..................................................... 40
FIGURA 30. PERNO ENSAYADO EN LA MÁQUINA UNIVERSAL.( FUENTE ELABORACIÓN PROPIA.) ........................................................ 41
FIGURA 31. MONTAJE PARA UNIONES A TRACCIÓN. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA).................................................................... 42
FIGURA 32. MONTAJE A TRACCIÓN PARTE SUPERIOR E INFERIOR. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) .................................................. 43
FIGURA 33. TIPO DE FALLA EN UNIÓN. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ..................................................................................... 44
FIGURA 34. DESCRIPCIÓN DE PERFORACIONES (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ........................................................................... 45FIGURA 35. ZUNCHO METÁLICO EN PROBETAS. ....................................................................................................................... 45
FIGURA 36. PUENTE DE GUADUA DONDE SE IMPLEMENTARON LAS CONEXIONES. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ............................ 46
FIGURA 37. CONSTRUCCIÓN DE MÓDULO DE PUENTE DE GUADUA. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ............................................... 47
FIGURA 38. MUESTRA DE CONEXIÓN. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ...................................................................................... 48
FIGURA 39. RELLENO DE UNIÓN. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ............................................................................................ 49
FIGURA 40. RELLENO DE TROZOS. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ........................................................................................... 49
FIGURA 41. ADICIÓN DE MEZCLA EN UNIÓN (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) .............................................................................. 50
FIGURA 42. SELLADO DE UNIÓN (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ............................................................................................. 50
FIGURA 43. PUENTE EN GUADUA. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ........................................................................................... 51
FIGURA 44. FALLA DEL PUENTE. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ............................................................................................. 52
FIGURA 45. PUENTE ADECUADO PARA PASO DE VEHÍCULO. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) .......................................................... 52
FIGURA 46. COMPARACIÓN DE DATOS DE ESFUERZO A COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ................ 54
FIGURA 47. ARDILA, C (2013). RESISTENCIA ÚLTIMA ENSAYO A COMPRESIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA (CP) VS CONTENIDO DE HUMEDAD
(CH). [FIGURA 10,4] (FUENTE: RECUPERADO DE TRABAJO DE INVESTIGACIÓN DE ARDILA, UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA)
........................................................................................................................................................................... 58
FIGURA 48. CONTENIDO DE HUMEDAD HALLADO EN DIVERSAS INVESTIGACIONES EN LOS ENSAYOS DE TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA
DE LA GUADUA ANGUSTIFOLIA KUNTH (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ............................................................................ 62
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 9
FIGURA 49. STRAINGAGE ADHERIDO A LA PROBETA PARA CARACTERIZACIÓN DE COMPUESTO. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ............ 66
FIGURA 50. CHASIS CDAQ-9174, NATIONAL INSTRUMENTS. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ..................................................... 66
FIGURA 51. GRÁFICA ESFUERZO-DEFORMACIÓN DE UN CILINDRO DE COMPUESTO.( FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ........................... 67
FIGURA 52. FALLA POR TRACCIÓN DIAMETRAL (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ........................................................................... 69
FIGURA 53. FALLA POR CORTE CONTROLADA POR ZUNCHO ....................................................................................................... 70
FIGURA 54. FALLA POR CORTE (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA)................................................................................................ 71
FIGURA 55. FALLA POR CORTE DE PERNO (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA).................................................................................. 71
FIGURA 56. INFLUENCIA DEL DIÁMETRO DEL TABIQUE.(FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ................................................................. 73
FIGURA 57. INFLUENCIA DEL ESPESOR DEL TABIQUE. (FUENTE: ELABORACIÓN PROPIA) ................................................................... 74

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 10
Lista de tablas
TABLA 1 RESULTADOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA ....................................... 53
TABLA 2 COMPARACIÓN DE RESULTADOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA ......... 54
TABLA 3 RESULTADOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA DE LA GUADUA .... 56
TABLA 4 COMPARACIÓN RESULTADOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA DE
LA GUADUA ........................................................................................................................................ 56
TABLA 5 RESULTADOS DE RESISTENCIA A TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA DE LA GUADUA .................. 59
TABLA 6 COMPARACIÓN DE RESISTENCIA A TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA DE LA GUADUA CON NUDO
............................................................................................................................................................ 59
TABLA 7 RESULTADOS DE RESISTENCIA A LA TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA DE LA GUADUA ... 60
TABLA 8 COMPARACIÓN DE RESISTENCIA A TRACCIÓN PERPENDICULAR A LA FIBRA DE LA GUADUA ..... 61
TABLA 9 CONTENIDOS DE HUMEDAD EN ENSAYOS..................................................................................... 61
TABLA 10 RESULTADOS DE RESISTENCIA AL CORTE PARALELO A LA FIBRA DE LA GUADUA PARA
PROBETAS CON NUDO. ........................................................................................................................ 63
TABLA 11 RESULTADOS DE RESISTENCIA AL CORTE PARALELO A LA FIBRA DE LA GUADUA PARA
PROBETAS SIN NUDO ........................................................................................................................... 63
TABLA 12 COMPARACIÓN RESULTADOS DE RESISTENCIA AL CORTE PARALELO A LA FIBRA DE LA GUADUA
............................................................................................................................................................ 64
TABLA 13 RESULTADOS DE RESISTENCIA A COMPRESIÓN DE RESINA DE POLIÉSTER ................................. 65
TABLA 14 RESULTADOS DE RESISTENCIA A TRACCIÓN INDIRECTA DE COMPUESTO .................................. 68
TABLA 15 RESULTADOS DE RESISTENCIA A LA TRACCIÓN DE LA VARILLA DE 1/2" ................................... 68
TABLA 16 RESULTADOS DE ENSAYOS DE TRACCIÓN .................................................................................. 73

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 11
Introducción

La implementación de la guadua Angustifolia como un material de construcción por su
excelente comportamiento frente a solicitaciones de cargas, resistencia y la virtud de ser un recurso
natural renovable, induce a desarrollar nuevos métodos y diseños en el desarrollo de estructuras,
de esta manera se pretende desarrollar una unión que responda de manera satisfactoria a un
esfuerzo de tracción.
En la actualidad el mortero se presenta como el material de uso prioritario para este tipo de
unión sometido a tracción, por ser común en el medio, pero sus cambios volumétricos durante su
endurecimiento afectan de manera considerable los canutos de guadua donde fragua el mortero, y
cabe resaltar que no hay adhesión entre el cuerpo de guadua y el mortero endurecido, así como se
concluyó en la investigación de Uniones a tensión en Guadua con mortero y Varilla realizada por
Flórez.
El compuesto en desarrollo a base de resina poliéster y fibras naturales presenta una adherencia
significativa con las paredes de la guadua logrando una mayor resistencia a la tracción,
adicionalmente dicho compuesto no presenta cambios volumétricos por lo cual se descarta la
afectación en rajaduras en los canutos de guadua.
Esta investigación pretende evaluar el comportamiento de una unión sometida a tracción de
guadua Angustifolia, rellena de un compuesto a base de fibras naturales, resina poliéstery
adicional una varilla embebida longitudinalmente en medio de la conexión. Además de esto validar
la viabilidad de usar la conexión en una estructura en guadua Angustifolia.

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 12
1. OBJETIVOS
1.1 Objetivo general
Determinar el comportamiento mecánico a tracción de un tipo de conexión para una
estructura en guadua angustifolia, usando un perno embebido en un material compuesto a base de
resina poliéster y fibras naturales.

1.2 Objetivos específicos
Determinar las propiedades mecánicas de la guadua Angustifolia Kunth, el material de relleno
a base de resina de poliéster y fibras naturales así como también de los pernos implementados en
las conexiones.
Determinar la resistencia a la tracción de un tipo de conexión para una estructura de guadua
angustifolia usando un perno embebido con un material compuesto a base de resina de poliéster y
fibras naturales.
Validar la viabilidad de la construcción de un tipo de conexión para una estructura en guadua
angustifolia, usando un perno embebido en material compuesto a base de resina de poliéster y
fibras naturales como relleno, mediante su implementación a una estructura a escala real.

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 13
2. ANTECEDENTES

La guadua (Guadua Angustifolia Kunth) es una planta leñosa, proveniente de la familia del
bambú, se caracteriza por ser una de las especies forestales renovables mejor representada en
nuestro país. Gracias a que es una planta nativa de Colombia y de fácil acceso, es utilizada como
material de construcción, pues reduce los costos, entre otras ventajas como son sus propiedades
físicas y mecánicas de resistencia, dureza, efecto climatizado y sismo resistencia. (Gutiérrez, 2011)
Como se enunció en un comienzo, una de las variables más significativas en el presente
estudio, es la evaluación de un relleno en las conexiones, buscando materiales alternativos al
mortero y al concreto, incluye una perforación para agregar el material; estudiando el efecto de
aplastamiento y las consecuencias que tienen las perforaciones en los cañutos de guadua,
elaboradas con el fin de introducir el mortero que sirve como material de relleno, Prada &
Zambrano (2003) ensayaron una solución epóxica para disminuir los efectos de éstos cuando se
somete el cañuto a esfuerzos de compresión, variando el diámetro de la perforación, el mortero de
relleno, y tapando la perforación con la masilla epóxica. Prada y Zambrano encontraron que,
aunque la masilla epóxica presenta muchas ventajas en cuanto a su aplicación, acceso, durabilidad
y bajo costo, no es suficiente para solucionar a cabalidad los problemas que causan las
perforaciones, pero aseguran que mejora notablemente la resistencia de la Guadua cuando se
somete a esfuerzos de compresión, teniendo en cuenta que la solución epóxica proporciona a la
pared de la Guadua una continuidad que aumenta la resistencia del cañuto.

Cely y Cruz (2013) determinaron la resistencia de los elementos que conforman la sección
de un puente peatonal modular construido en guadua Angustifolia Kunth mediante el modelo
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 14
presentado en la Figura 1. En el cual determinaron los valores de resistencia que tenían
cada uno de los elementos y analizaron los tipos de falla que se presentaron. En esta
investigación se realizaron ensayos de compresión, flexión y tracción a los elementos del
puente. Se concluyó que el uso de mortero como material de relleno aumenta
considerablemente el peso de los elementos de la estructura, y se recomienda investigar
alternativas que mejoren este problema.
.
Figura 1. Cely & Cruz. 2013. Modelo con la geometría general del módulo
Una de las razones, para buscar alternativas en materiales de relleno, es la poca adherencia
que hay entre el mortero de relleno y las paredes de la Guadua, esto se debe al cambio volumétrico
que se genera con la retracción del mortero cuando llega a su resistencia máxima. Al someter a
tensión la conexión, el bloque de mortero únicamente se apoya en el tabique, generando un
punzonamiento directo sobre este, haciendo la conexión más susceptible a la falla. Esto motivó a
Flórez a estudiar el comportamiento de dicha conexión a tensión, pero ahora con la ayuda de un
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 15
aditivo expansor en el mortero; la unión consistió en un espécimen con cuatro canutos de guadua
rellenos de mortero, dos varillas (una a cada extremo) completamente independientes y una varilla
embebida abarcando dos entrenudos. En las probetas se evidencia que la forma de barril que toma
el mortero dentro del cañuto de Guadua, hace que aparezca un agrietamiento longitudinal en las
paredes de la guadua, los problemas de exudación y segregación influyeron en la expansión de las
mezclas, así que el aditivo expansor no reaccionó, ni causó ningún efecto ya que aunque se expande
el mortero, la adherencia entre éste y la Guadua no aumenta debido a la capa interna de la guadua
que no permite desarrollar una mayor fuerza de fricción entre la Guadua y el mortero (Figura 2).

Figura 2. Montaje a tracción. Fuente: Recuperado de Trabajo de grado Edwin Helí Flórez, 2003 Universidad
Nacional de Colombia. Pág. 34

Astut, Bambang, Suprapto&Djoko (2014), investigaron acerca de la distancia crítica de los
pernos en las conexiones en bambú Dendrocalamus, la cual se define como la distancia máxima
del perno hasta el final del tallo de bambú sin nudos. Concluyeron que la resistencia al corte es
una de las principales propiedades mecánicas de este tipo de bambú, la cual es un parámetro para
analizar la distancia del perno hasta el final de los troncos de bambú sin nudo, establecieron que
esta distancia debe ser igual a 4 o 5 veces el diámetro externo del bambú.
Phanratanamala (2014), quien en su investigación, acerca del comportamiento estructural
de los conectores en el bambú, concluyó que utilizar pernos metálicos en la unión de elementos
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 16
proporciona una gran rigidez. Igualmente se realizaron ensayos donde muestran que los pernos
embebidos en mortero funcionan mejor en solicitaciones a tracción que a compresión.
Phanratanamala determinó un valor promedio de la resistencia a la compresión y a la tracción,
cuyos valores son 80 MPa y 180-200 MPa respectivamente, corroborando así que el bambú posee
una alta resistencia a la tracción comparándola con la resistencia a la compresión.
Por otra parte, Pachón & Sanabria (2014) en su investigación para encontrar la influencia
del diámetro del perno en la resistencia al cizallamiento doble en conexiones empernadas de
Guadua Angustifolia, afirman que el espesor de la Guadua influye directamente en la resistencia
de la conexión, aumentándola de manera exponencial. Tres tipos de fallas fueron evidenciadas,
longitudinal, por asimetría y fluencia; la primera desprende los nudos ocasionando que falle
completamente, la segunda es ocasionada por la variabilidad en el espesor de la Guadua a lo largo
del espécimen, y la última ocurrió por no ajustar el perno con la presión adecuada.
El fique o fibra de sisal ha sido utilizada para mejorar el comportamiento de otros
materiales de construcción tales como el concreto y el mortero. Sosa, Águila, & Centeno (2011)
estudiaron el desempeño que tienen las fibras de sisal en el concreto reforzado que se usa para la
construcción de paneles exteriores, y evaluaronpropiedades como: la trabajabilidad basada en el
asentamiento, peso unitario del concreto fresco, resistencia a la flexión, resistencia a la compresión
y módulo de elasticidad. Caracterizaron los materiales tales como cemento, agregado y fibras,
mediante ensayos de laboratorio y para la fibra de sisal encontraron una densidad de 1,45 g/cm3;
la dosificación del mortero en relación agua fue de 0,6 y de cemento/arena fue de 1:4 = 0,25. Para
calcular el porcentaje de fibra en el mortero utilizaron la siguiente ecuación % fibra en el mortero
= m3 de fibra x 100/m3 de mortero, este porcentaje de fibras osciló entre 0 y 1 % variando también
la longitud de las fibras entre los especímenes. Del mortero con fibra de sisal concluyen que al
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 17
momento en que alcanza la carga de rotura, se comporta de manera plástica y no frágil como suele
serlo sin fibras de sisal, esto lo hace utilizable para paneles de cerramiento debido a su
comportamiento plástico antes de llegar al fallo final. Evidenciaron en las pruebas a flexión que la
fibra de sisal no marca una tendencia de mejoramiento, sin embargo en las fibras cortas de sisal
y en porcentajes pequeños se obtuvieron valores mayores de resistencia que el patrón.
García (2011) en su artículo titulado “fibras y materiales de refuerzo: los poliésteres
reforzados aplicados a la realización de piezas en 3D” define los FRP como los materiales
reforzados con fibras que en inglés es “Fiber Reinforced Plastics” y en español PRF que significa
Plásticos Reforzados con Fibras. Su composición química consta de una matriz resina y un
refuerzo, la primera puede ser una resina de poliéster o algún otro tipo de resina como poliuretano
y acrílica, y el refuerzo que pueden ser fibras o tejidos tales como las fibras de vidrio. Garcia,
considera que la adición de fibras a la resina mejora propiedades como la fragilidad, eleva la
resistencia mecánica en la dirección de las fibras, eleva la ligereza, y además otorga flexibilidad.
Para determinar qué tipo de fibra usar como refuerzo, el autor enumera los aspectos a tener en
cuenta, el primero es que ha de ser de calidad y completamente compatible con la resina de
poliéster, seguido de que debe estar exento de humedad, luego deberá ser impregnado con la resina
y por último se deberán conocer todas las características del refuerzo.
La tracción en la Guadua fue estudiada por Pacheco (2006) quien concluyó, luego de
realizar 60 ensayos de probetas con nudo y 360 ensayos de probetas sin nudo en 3 secciones de
la Guadua, que la resistencia a la tracción perpendicular a la fibra en Guadua Angustifolia es
mayor en probetas con nudo en un 38,7 % en comparación con probetas sin nudo.

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 18
3.MARCO TEÓRICO

3.1Guadua, como material en la construcción.
Los bambúes son un elemento común en América. Hasta el momento se registran bambúes
nativos en todos los países del continente americano con excepción de Canadá. Por sus grandes
cualidades como el rápido crecimiento, gran versatilidad y resistencia, esta maravillosa gramínea
ha sido de gran utilidad para el hombre a lo largo de su historia. (Londoño, 2002)
La guadua (Guadua angustifolia Kunth) es una planta leñosa, proviene de la familia del
bambú, se caracteriza por ser una de las especies forestales renovables mejor representada en
nuestro país. Gracias a que es una planta nativa y de fácil acceso, es utilizada como material de
construcción pues reduce los costos, entre otras ventajas como son sus propiedades físicas y
mecánicas de resistencia, dureza, efecto climatizado y sismo resistencia. (Gutiérrez, 2011)
(Figura 3).

Figura 3. Muestra de Guadual .Fuente: http://filosofia6altsm.blogspot.com.co
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 19
Los tallos de Guadua con sus más de 30 m. de altura se dividen en cañas de longitud de
menor tamaño en un promedio estandar de 6 metros y según su posición en la planta se establecen
3 secciones diferenciadas) (Figura4).
Sobrebasa: presenta paredes finas pero mantiene un alto contenido en fibra.Es tulizada en
la construcción, para mobiliario auxiliar, viguetas y rastreles.
Basas: son esbeltas y muy ligeras en relación a su enorme resistencia, mantienen muy bien
el diámetro exterior y son muy fibrosas, por lo que son las piezas más usadas en construcción,
especialmente en la fabricación de vigas y cerchas compuestas.
Cepas: presentan un gran espesor de pared, entrenudos cortos y por su elevada resistencia
a compresión son perfectas para construcción de columnas.

Estructura de la guadua

Figura 4.Morfología de la guadua Ing. Edwin Forero Fuente: Tesis de Grado. Simón Vélez.

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 20
La guadua presenta características importantes en cuanto a sus propiedades físico-
mecánicas, entre estas sobresale una excelente firmeza a compresión y una buena resistencia al
corte paralelo, esto sumado a la gran flexibilidad que presenta; estas cualidades hacen que la
guadua se convierta en una herramienta interesante para la bioconstrucción, donde actualmente
está catalogada como material estructural sismo-resistente. La importante resistencia y flexibilidad
que caracterizan la guadua se debe principalmente al elevado porcentaje de fibra presente en su
estructura y el alto contenido en sílice en su cara exterior.
Gracias a la morfología propia de la Guadua el diámetro de las cañas de esta variedad es
muy constante, con un valor medio de reducción entre 2 y 3 mm por metro lineal.
El espesor de pared puede variar de 0,5 a 3 cm, aunque lo habitual es observar paredes
gruesas. La rectitud o curvatura mínima que presentan se consigue gracias a una cuidadosa
selección en origen (Bambusa, 2015).
La unión entre elementos estructurales es un paso obligatorio que se realiza en cualquier
proceso constructivo de una obra civil, ya que a través de las conexiones las cargas se trasmiten
de un miembro a otro, por esto la importancia que se le debe dar al detalle de la conexión, es clave
para tener un buen diseño y construcción, independientemente del tipo de material que se utilice.
Al considerar la guadua como material para la construcción, implica que se debe realizar un estudio
adecuado de los tipos de uniones que se emplearán, manejando parámetros similares a los
empleados en materiales convencionales (Nolivos Valiente, 2010).

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 21
3.2 El fique o fibra de sisal.
El cultivo del fique ha sido considerado desde hace mucho tiempo un medio de sustento para
muchos habitantes en el país, su importancia ha venido creciendo de manera favorable gracias al
desarrollo alcanzado en los últimos años, motivo por el cual, se han registrado avances
significativos en las formas tradicionales de producción y se han creado nuevos productos con la
materia prima, lo cual ha originado la aparición de una gran variedad de artículos en fibra de fique
de gran aceptación en los mercados nacional e internacional.
El fique tiene su origen en la América Tropical, donde se presentan condiciones climáticas
apropiadas para su cultivo durante todo el año. En Colombia se siembra en la parte alta de la sierra
templada y fría como en los departamentos de Cauca, Nariño, Santander, Antioquia y Boyacá
(Figura 5).

Figura 5. Cultivo de fique o Cabuya. Fuente: http://www.chemistry2011.org

El proceso de desfibración de la hojase realizaba de forma manual y su hilado de igual forma
o en telares. Los talleres artesanales se fueron desarrollando poco a poco y la demanda de
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 22
productos, en especial la de costales. Evolucionó de manera considerable hacia finales del siglo
XIX, con el inicio de las exportaciones de café.
En el proceso de desfibración, la fibra y la savia verde se adhieren obligando a lavar el fique;
cuando la lluvia es muy frecuente en algunas regiones, las máquinas centrifugadoras secan la fibra
que luego pasa por desecadora de aire caliente, para eliminar el polvo que pueda haberse adherido
a la fibra y quitar las fibras débiles, debe someterse a un proceso de cepillado industrial (Figura 6).

Figura 6 . Muestra campesina del cultivo de fique. Fuente: http://agroindustriahoy.blogspot.com.co

De la planta de fique solo es utilizable un 4% de la fibra, el agua ocupa un 85% y lo demás son
desperdicios de pulpas y fibrillas. Dentro de las propiedades de la fibra de fique se encuentra su
color que puede variar entre perla y blanco puro, puede alcanzar hasta los 160 centímetros de largo,
con un diámetro de hasta ½ milímetro; alrededor del 78% de la fibra está compuesta por celulosa,
que es la responsable de la degradación de la fibra al ser utilizada en un medio alcalino como en
el cemento. Su capacidad de absorción y resistencia a la acción destructora del agua salada la hacen
atractiva para la elaboración de cordelería marítima. (Sosa, Águila, & Centeno, 2011).

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 23
3.3 Resina de poliéster.
En su origen es un producto sólido similar a un trozo de vidrio que puede pasar a líquido
por medio de una reacción química, involucrando una proporción de disolvente “Estireno” que la
convierte en el fluido como se conoce. La resina necesita de otro material para lograr una
resistencia suficiente, este material es conocido como catalizador, hace de la resina un material
óptimo para diferentes usos, disminuyendo su fragilidad y aumentando su resistencia a
deformaciones por fuerzas externas. La resina de poliester es empleada en artesanías, articulos
para el hogar, juguetes y en la fabricación de elementos de proteccion como cascos, chalecos
antibalas, entre otros.
Las resinas de poliéster surgen de una reacción llamada esterificación, se basa en hacer
reaccionar ciertos ácidos orgánicos, denominados ácidos di-o poli-carboxílicos, con un grupo de
alcoholes denominados Polioles. La gran versatilidad de las resinas de poliéster insaturado incide
en la amplia variación que puede llegar a tener la resina en cuanto a su método de fabricación y
composición, permitiendo fabricar resinas para diferentes requisitos de aplicación debido al gran
número de componentes de la resina. Los ácidos o anhídridos insaturados o saturados hacen que
cada resina tenga diferente reactividad y propiedades finales diferentes.
Al añadirle catalizador la combinación crea una serie de radicales libres que provocan que
los elementos químicos de la resina se enlacen formando así una red que hace un cambio en sus
propiedades físicas y químicas inicialmente volviendo el líquido un poco gelatinoso para en una
segunda reacción convertir la mezcla en estado sólido, adquiera dureza, cuerpo y resistencia.
Las cargas son aquellos materiales que se le añaden a la resina para dar determinadas
propiedades, pueden ser reforzantes, no reforzantes e ignifugas. Las reforzantes son aquellas que
permiten repartir regularmente los esfuerzos, se caracterizan por su bajo peso específico, el
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 24
porcentaje que se debe usar no debe exceder el 5% del volumen total de la resina, las no
reforzantes, como es el caso del carbonato de calcio, que mientras disminuye el costo y
aumenta la viscosidad y las ignifugantes que ayudan a reducir la combustión, entre ellos se
encuentran los hidróxidos de aluminio y óxidos de antimonio. (RESINAS DE POLIESTER
Y FIBRA DE VIDRIO. (ESTRATIFICADO))

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 25
4. MATERIALES
4.1 Guadua Angustifolia Kunth
Los culmos o tramos de guadua usados para la elaboración de las conexiones para esta
investigación fueron comprados en “Arme ideas en Guadua” (empresa ubicada en el municipio de
Soacha, Cundinamarca encargada de comercializar Guadua). Las Guaduas son cultivadas y
tratadas en unos predios localizados en el eje cafetero departamento del Quindío, en donde se
encargan de realizar el respectivo proceso de inmunización, el cual es fundamental para cuidar la
madera de agentes biológicos que afectan la madera cuando está en estado natural. Generando
mayor durabilidad y garantizando los procesos mínimos de calidad, que debe cumplir este material
para su uso en la construcción.
La guadua se solicitó en longitudes de tres metros y los diámetros se seleccionaron según la
metodología desarrollada en la presente investigación. El diámetro osciló entre los 80 mm y 120
mm. Una vez cortada se cubrió y protegió de agentes externos como agua, luz solar y aire, para
conservar su humedad y reducir el número de fisuras que pueden alterar los resultados de los
ensayos.
4.2 Material de relleno de probetas.
El relleno de las probetas se compone de varios materiales: Resina de poliéster, fibra de fique
y trozos de guadua de 10 mm x 10mm. A continuación se especifica cada elemento del compuesto.
4.2.1 Fique.
Es utilizado en el compuesto no tiene características especiales, es un fique comercial fácil de
adquirir y de manipular, la longitud de las fibras óptima para el compuesto tiene una longitud que
varía entre 20 mm y 25 mm con un espesor de 1 mm y la cantidad de fibras para cada probeta que
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 26
se determinó experimentalmente corresponde al 3% del volumen del canuto. En la figura 7 se
muestra la fibra lista para ser parte del relleno de la Guadua.

Figura 7. Fibra de fique
4.2.2 Resina poliéster.
La resina de poliéster es el material base del compuesto, su alta resistencia a la compresión lo
hace un material excelente para usarse como relleno de Guadua en conexiones, el fique es agregado
para mejorar la resistencia a tracción de la resina y los trozos de Guadua para disminuir el volumen
ocupado por la resina, bajar el costo del relleno y mejorar propiedades mecánicas del relleno.
La resina de poliéster se compró en Alquímicos, se mezcló con monómero de Estireno (Figura
8) en una relación 2:1 resina-Estireno respectivamente, que ayuda a mejorar la viscosidad de la
resina para garantizar una mejor manejabilidad del compuesto y que este a su vez penetre la fibra
de fique y los pequeños trozos de guadua. Para cambiar el estado de la resina de liquida a sólida,
es necesario utilizar peróxido (Figura 9), es un catalizador encargado de hacer reaccionar la resina,
el cual se agrega en un 3% del volumen de la resina, con esta cantidad de catalizador el tiempo de
fraguado de la mezcla es de aproximadamente 15 minutos, la mezcla queda totalmente sólida y sin
fracturarse (Figura 10).
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 27
Para el proceso de manipulación de la mezcla se recomienda utilizar guantes de protección
y mascarilla con filtros de carbono, teniendo en cuenta las recomendaciones estipuladas en la ficha
técnica del producto y del proveedor.Figura 8. Monómero de Estireno. Fuente: Elaboración propia
Figura 9. Catalizador de Resina MEC Fuente: Elaboración propia
Figura 10. Muestra de Resina de Poliéster líquida. Fuente: Elaboración propia
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 28
4.2.3 Trozos de Guadua.
Los trozos de guadua cumplen dos funciones importantes, una es la resistencia del relleno, la
otra es ocupar más espacio dentro de los canutos de guadua, así el volumen de la mezcla (Resina,
Estireno y MEC) va a ser menor, reduciendo el costo lo que hace viable el uso de este compuesto.
Los trozos de guadua (Figura 11) se cortaron a un tamaño de 10 mm x 10 mm; este
tamaño se estableció para lograr un mejor acomodamiento de los trozos, ocupando el mayor
espacio posible dentro del canuto y que la mezcla se distribuyera uniformemente dentro de
cada canuto.

Figura 11. Trozos de guadua Fuente: Elaboración propia

4.3 Pernos.
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 29
Se usó un diámetro de varilla roscada de 1/2”, la varilla se adquirió en longitudes de
3 metros (Figura12).

4.4 Tuercas, arandelas y suplementos.
Se usaron tuercas hexagonales (Figura 13) y arandelas planas de grado 2 (Figura14), además
láminas de Neo lite de aproximadamente 5 mm de espesor (Figura 15), con una perforación circular
de 1/2" en el centro ubicada antes de la arandela, con el fin de evitar punzonamiento en las probetas
de guadua.

Figura 12. Perno ½”. Fuente: Elaboración propia
Figura 13. Tuerca empleada en ensayos y uniones.
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 30

Figura 15 Neo lite. Fuente: Elaboración propia.

Figura 14. Arandelas. Fuente: Elaboración propia
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 31
5. METODOLOGÍA
Los métodos de ensayo para evaluar las propiedades físicas y mecánicas de la Guadua
angustifolia Kunth se tomaron de referencia en la Norma Técnica Colombiana NTC 5525.
(ICONTEC, 2007)
La norma comprende los ensayos que se van a realizar sobre segmentos de Guadua angustifolia
Kunth, para obtener resultados de laboratorio, los cuales se pueden utilizar para establecer valores
y resistencias. Los resultados también se pueden usar para establecer la relación de propiedades
físicas y factores mecánicos, como contenido de humedad, densidad, sitio de cultivo, posición a lo
largo del culmo, presencia de nudo y entrenudo, contracción, compresión, flexión, corte y tensión
etc, para las funciones de control de calidad (p.1)
5.1 Caracterización de Guadua Angustifolia Kunth.
5.1.1 Ensayo de compresión paralela a la fibra.
Este ensayo fue realizado bajo la norma NTC 5525 “métodos de ensayo para determinar las
propiedades físicas y mecánicas de la guadua”. Solo se evaluaron probetas sin nudo como lo
estipula la norma, la altura de las probetas fue de aproximadamente 1,5 veces el promedio de los
diámetros externos de las caras superiores e inferiores de cada probeta (Figura 16). De igual
manera, después de realizar el corte con la máquina acolilladora, se perfeccionaron las caras con
el fin de que al momento de aplicar la carga mediante la máquina universal, la distribución se
hiciera uniformemente sobre la cara superior.
Se usaron dos platinas, superior e inferior, untadas de aceite y además se colocó una lámina de
acero cortada, para reducir la fricción al momento de aplicar la carga entre las platinas y las caras
de la probeta de guadua (Figura 17).

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 32

Figura 166. Montaje para ensayo de compresión paralela a la Guadua. (Fuente: Elaboración propia)

Figura 177. Platinas usadas en el ensayo de compresión paralela a la fibra de la Guadua Fuente: Elaboración propia

5.1.2 Ensayo de compresión perpendicular a la fibra.
Las probetas utilizadas para determinar el esfuerzo último a compresión perpendicular
tuvieron espesores comprendidos entre 7 mm y 10 mm y diámetros externos entre 90 mm y 120
mm, 12 probetas fueron falladas para determinar la resistencia promedio y la longitud igual a
1,5 veces el diámetro promedio (Figura 18). En cuanto al montaje, como se muestra en la Figura
19, la guadua se pone de tal manera que la aplicación de la carga sea de manera perpendicular
a la fibra de la Guadua.

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 33

Figura 18. Muestra de probetas para ensayos de compresión perpendicular. Fuente: Elaboración propia

Figura 19. Muestra de ensayo. (Fuente: Elaboración propia)

5.1.3 Ensayo de tracción paralela a la fibra.
El ensayo de tracción paralela a la fibra se realizó con base en la NTC 5525, la longitud de las
probetas fue de 500 mm y con una sección transversal cuadrada con dimensiones iguales al espesor
de la pared. Las probetas fueron recortadas como se muestra en la Figura 20. Se elaboraron 12
probetas con nudo y 12 probetas sin nudo.
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 34

Figura 20. Muestra Probeta para ensayo de tracción paralela a la fibra de la Guadua con nudo.

5.1.4 Ensayo de tracción perpendicular a la fibra.
El ensayo de tracción perpendicular a la fibra se realizó con base en la metodología
presentada por la Ingeniera Cari A. Pacheco en su tesis “Resistencia a la tracción perpendicular
a la Fibra de la Guadua Angustifolia”, de la Universidad Nacional de Colombia.
Se ensayaron 12 probetas sin nudo cuyas longitudes fueron de una vez el diámetro exterior
promedio de la probeta en la Figura 21.

Figura 21. Probetas para ser ensayadas a tracción perpendicular a la fibra de la Guadua. Fuente: Elaboración propia.
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 35
El dispositivo empleado para someter las probetas a tracción perpendicular a la fibra de la
guadua consistió en una adaptación del postulado en la tesis mencionada anteriormente (Figura
22).

Figura 22. Montaje de ensayo de tracción perpendicular a la fibra de la Guadua. Fuente: Elaboración propia.
5.1.5 Ensayo de corte paralelo a la fibra
El ensayo de corte paralelo a la fibra de la guadua se realizó con base en la NTC 5525. Los
dispositivos fueron utilizados de tal manera que permitían que la probeta se apoyara en su extremo
inferior sobre dos cuartas partes de su superficie opuestas entre sí, y a su vez, en el extremo superior
se aplicó la carga sobre las dos cuartas partes que no estaban apoyadas en la parte inferior
(Figura23).

Figura 23. Dispositivos empleados para la aplicación de la carga en ensayo de corte paralelo a la fibra. (Fuente:
Elaboración propia)
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 36

Se ensayaron 24 probetas de corte paralelo a la fibra de la Guadua, 12 probetas con
nudo (Figura 24) y 12 probetas sin nudo (Figura 25), cuyas longitudes fueron
aproximadamente igual al promedio del diámetro exterior. El montaje se puede apreciar en
la Figura 26.

Figura 24. Probetas con nudo para ensayo de corte paralelo a la fibra de la Guadua. (Fuente: Elaboración propia)

Figura 25. Probetas sin nudo para ensayo de corte paralelo a la fibra de la Guadua. (Fuente: Elaboración propia)

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA37

Figura 26. Montaje para ensayo de corte paralelo a la fibra de la Guadua.

5.2 Caracterización del compuesto a base de resina de poliéster y fibras naturales
Para conocer las propiedades mecánicas del compuesto, se realizaron ensayos de
compresión y tracción indirecta. A continuación, se describen los ensayos:
5.2.1 Ensayo de Compresión.
Las probetas para definir la resistencia a compresión del compuesto a base de resina poliéster
se realizaron usando como formaleta tubo de PVC de alta resistencia, de 3” de diámetro, la altura
equivalente a 2 veces el diámetro del tubo (Figura 27).

Figura 27. Probetas para ensayo de caracterización de compuesto.
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 38
Se elaboraron tres muestras que se ensayaron a compresión simple y con el fin de
calcular el esfuerzo se encontró el área de la sección transversal con la ecuación (1):
𝐴 =
𝜋
4
𝐷2 (1)
Donde A es el área de la sección transversal expresada en mm y D es el diámetro promedio del
espécimen en mm2.
Conociendo el área, se procedió a calcular el esfuerzo máximo a compresión de cada probeta con
la siguiente expresión (ecuación 2):
𝜎ú𝑙𝑡 =
𝐹𝑚á𝑥
𝐴
(2)
El termino F máx (Fuerza máxima), es la fuerza máxima soportada por la probeta al momento del
ensayo en Newton y A es el área anteriormente mencionada en mm2.

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 39
5.2.2 Ensayo de Tracción indirecta.
Para el desarrollo de este ensayo fue necesario elaborar cilindros del compuesto con la ayuda
de un tubo PVC de 3”, el cual funcionó como formaleta para la realización de estas. Se cortaron a
una longitud aproximada al diámetro promedio de la probeta y se ensayaron en la maquina
universal de la Universidad de la Salle como se ilustra en la Figura 28. Se fabricaron tres probetas
en total para el desarrollo del ensayo.

Figura 28. Probeta para ensayo de tracción indirecta (Fuente: Elaboración propia)
Para el cálculo de resultados se usaron las ecuaciones (3) y (4); la primera para hallar el
área de la sección transversal de la probeta y la segunda para calcular el esfuerzo a la tracción
indirecta de cada espécimen.
𝐴 =
𝜋
2
∗ 𝐿 ∗ 𝐷 (3)
De la anterior expresión el término L es la longitud promedio de la probeta en mm y D es el
diámetro promedio de las mismas en mm.
𝜎ú𝑙𝑡 =
𝐹𝑚á𝑥
𝐴
(4)
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 40
Para hallar el esfuerzo a la tracción indirecta, se divide F máx (Fuerza máxima) entre el área.
(Ecuación 4).
5.3 Caracterización de pernos.
A continuación se explica el ensayo que se realizó para conocer la propiedad mecánica de tracción
de los pernos usados en esta investigación.
5.3.1 Ensayo de tracción.
Para este ensayo se utilizaron pernos correspondientes a un diámetro de 1/2" los cuales se
cortaron para elaborar probetas de 60 cm, se ensayaron 3 probetas (Figura 29). El ensayo
consiste en aplicar tracción a los extremos de cada varilla con la ayuda de las mordazas de la
máquina universal que pertenece a la Universidad de La Salle. En la Figura 30 se ilustran un
perno montado en la máquina universal en la que se hicieron los ensayos.

Figura 29. Pernos para realizar el ensayo de tracción. (Fuente: Elaboración propia)

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 41

Figura 30. Perno ensayado en la máquina universal. (Fuente Elaboración propia.)

Para hallar el valor de esfuerzo de cada probeta fue necesario calcular el área de la sección
transversal de cada perno, para lo cual se utilizó en la Ecuación 5.
𝐴 =
𝜋
4
∗ 𝐷2 (5)
Donde A es el área de la sección transversal del perno expresada en mm2 y D es el diámetro en
mm que pertenece a cada perno.
Después de calculada el área de cada perno se procedió a hallar el esfuerzo máximo a la tracción
de cada perno a la hora del ensayo, para esto se utilizó la ecuación 6.
𝜎ú𝑙𝑡 =
𝐹𝑚á𝑥
𝐴
(6)
Donde 𝜎ú𝑙𝑡 es el esfuerzo último a la tracción de cada espécimen, 𝐹𝑚á𝑥 la fuerza máxima
establecida con el análisis gráfico para cada probeta y A, el área transversal de la varilla.
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 42
5.4 Elaboración de conexiones
5.4.1 Descripción del montaje
El montaje consiste en sostener de la parte inferior la unión; de esta manera, se conformó una
base para la probeta en forma de cajón usando tres pletinas de acero debidamente soldadas, que
llamaremos parte A del montaje, adicional a esto, dos pletinas ubicadas en la parte derecha e
izquierda (Parte B) unidas de la parte A del montaje por medio de tres perforaciones (Figura 31).
Debido a que primero se acondicionan los pernos dispuestos de manera transversal en la
probeta, y después se rellena con el material compuesto a base de resina de poliéster quedando los
pernos inamovibles, fue necesario también dejar las dos pletinas (Parte B) de manera
independiente a la base del montaje con el fin de poder sujetar las probetas por medio de los
pernos y estas a su vez, a la parte A del montaje que finalmente posee la varilla la cual la mordaza
sujeta.
Las pletinas usadas fueron de ½”, la varilla de la cual la mordaza sostenía el montaje y
transmitía la carga fue de acero tipo SAE 1020, y la transferencia de fuerzas a la muestra se logró
por medio de pernos de 12,7 mm que atraviesan las pletinas B y la muestra.

Figura 31. Montaje para uniones a tracción. (Fuente: Elaboración propia)
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 43
El montaje descrito anteriormente, permitió de manera satisfactoria que la carga a tracción se
trasmitiera de manera directa a los pernos para que finalmente quien recibiera la carga fuera la
muestra de guadua rellena del compuesto a base de resina de poliéster, quedando a prueba la parte
superior de la probeta que consiste en una varilla roscada de 12,7 mm (media pulgada) embebida
dentro del canuto que se encuentra relleno, varilla que la mordaza superior sostiene transmitiendo
la carga de manera directa al canuto (Figura 32).
z
Figura 32. Ensayo a tracción parte superior e inferior. (Fuente: Elaboración propia)

5.4.2 Descripción del ensayo.
El ensayo consiste en aplicar una fuerza a tracción en cada extremo de la probeta que simula la
conexión, en la parte inferior por medio de un montaje en acero resistente a la carga aplicada y en
la parte superior por medio de la varilla embebida, se diseñó según la altura disponible de la
maquina universal de la universidad de la Salle. Se fallaron las probetas con la conexión en un solo
canuto.
En vista de que lo que se pretendía evaluar era la resistencia de la conexión que se refiere
a la varilla embebida dentro del canuto que se encuentra relleno del compuesto a base de resina
poliéster, se aseguró la parte inferior del canuto con los pernos transversales, con el fin de inducir
la falla hacia la parte superior (Figura 33).
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 44

Figura 33. Tipo de falla en unión. (Fuente: Elaboración propia)

5.4.3 Elaboración de probetas
La altura de las probetas que dependió únicamente de la distancia entre mordazas de
la maquina universal fue de 35 mm a 45 mm, la guadua que se escogió para realizar las
probetas estuvo libre de huecos o agujeros con el fin de garantizar el correcto relleno del
material compuesto.Los espesores de la guadua seleccionada oscilaron entre los 8mm y 11
mm y los diámetros de tabique seleccionados fueron de 60 mm a 100 mm.
Después de tener la guadua seleccionada y cortada se realizaron las perforaciones por donde se
atravesaron los pernos (fueron cuatro perforaciones tipo estándar; es decir, 1/16” más del diámetro
del perno (1/2”) luego se atravesaron los pernos, los cuales se sujetaron con tuercas y con el fin de
no comprometer las paredes de la guadua, se adicionaron arandela y neolite.
Del nudo inferior al primer perno la distancia es de 120 mm, seguido de la segunda perforación
que se encuentra a 60 mm, como se muestra en la Figura 34.
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 45

Figura 34. Descripción de perforaciones (Fuente: Elaboración propia)

5.4.4 Uso de Zuncho Metálico.
Una vez se tenía la probeta con los pernos y perforaciones y justo antes de rellenar se procede
a colocar un zuncho metálico, el zuncho confina la guadua para que no sufra rajaduras prematuras,
además de reforzar todo el canuto induciendo los esfuerzos hacia el tabique; por lo anterior, se
colocó un zuncho metálico tanto en la parte superior como inferior de la guadua, entre nudos
(Figura 35).

Figura 35. Zuncho metálico en probetas.
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 46
5.4.5 Relleno De Probetas.
Después de realizar la perforación superior, se procede a introducir los trozos de guadua y
el fique hasta completar el canuto, luego se introduce la varilla y gracias a la holgura de la
perforación que mencionamos fue de 1/16” se vierte la mezcla para fundir el canuto del relleno a
base de resina de poliéster y fibras naturales.

5.5 Implementación de la conexión en el puente a escala real
En esta investigación se prueba una conexión para el desarrollo de módulos estructurales
de Guadua angustifolia para la construcción de puentes peatonales, como una posible solución a
la ausencia de infraestructura en caminos veredales e incluso en zonas suburbanas.
La conexión, está diseñada para unir módulos en guadua que sean solicitados a tracción.
Se ha planteado un módulo que puede ser empleado en la construcción de puentes de arco, puentes
colgantes y pasos flotantes. Sin embargo, en este trabajo del módulo se realizó para ser usado en
puentes de cercha rectos, ya que se considera que es la configuración en la cual los elementos del
puente estarían solicitados a fuerzas internas de mayor magnitud.

Figura 36. Puente de Guadua donde se implementaron las conexiones. (Fuente: Elaboración propia)
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 47
Cada módulo está conformado por dos armaduras planas, conectadas por elementos
horizontales que sirven de soporte al tablero y le dan estabilidad a la estructura; tiene una longitud
de 5 m, una altura libre de 2,0 m y un ancho de tablero de 1,8 m (Figura 37).

Figura 37. Construcción de módulo de puente de Guadua. (Fuente: Elaboración propia)
Las dimensiones se seleccionaron pensando en que la circulación se realizara por dentro de
la estructura, de manera que las cargas vivas serán aplicadas sobre el cordón inferior de las
armaduras, este cordón inferior fue el elemento, en el cual se aplicaron las conexiones solicitadas
a tracción, cada módulo cuenta con un cordón en cada uno de los lados del puente y cada cordón
está compuesto por cuatro elementos de guadua, los cuales fueron conectados a el siguiente
modulo. Adicionalmente se ajustaron traslapos de apoyo a estos cordones que también fueron
unidos con la conexión a tracción; en la elaboración se consideraron las longitudes comunes de
los tramos rectos en los culmos de guadua, así como la posibilidad de que el módulo sea levantado
por un grupo de personas. Se ha planteado de manera que todos los cortes realizados durante su
construcción sean rectos y las conexiones sean empernadas usando varillas roscadas de acero
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 48
SAE1020, de media pulgada de diámetro, y que requieran únicamente de la perforación de
los agujeros para su ensamblaje (Figura 38).

Figura 38. Muestra de conexión. (Fuente: Elaboración propia)

5.5.1 Descripción De La Elaboración De La Conexión.
El puente fue construido por medio de la unión de 4 módulos de 5 metros de largo cada uno,
los módulos tienen varios componentes y elementos que lo hacen un puente de cercha. Las
conexiones se hicieron después de poner cada módulo alineado y nivelado con su homólogo, los
culmos que desarrollan los esfuerzos y hacen parte de la conexión; en estos culmos fue donde se
posicionó la varilla roscada de ½” ya con la varilla posicionada y centrada se les abrió una tapa
por un costado para introducirles los trozos de guadua en cubos y las fibras naturales en las
proporciones definidas en la caracterización del compuesto, concluido el relleno se volvió a poner
la tapa y se selló con pegante para madera, posteriormente se perforó con taladro para crear un
orificio por donde se inyectó la resina, durante este proceso se realizaron los amarres con zunchos
metálicos a los canutos que están expuestos a la tracción, en los extremos de cada canuto, para
confinar y contener los esfuerzos a los cuales será solicitada la guadua y evitar que pueda ocurrir
una falla en las paredes de la guadua por alguna rajadura.
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 49
En total se realizaron 40 conexiones de doble canuto (Figura 39), de las cuales 24 fueron
en los cordones longitudinales, debido a que en la luz total del puente de 20m, 3 divisiones son las
necesarias por conectar, en cada cordón se realizan 4 conexiones cada 5m, y son 2 cordones, uno
en cada lateral completan las 24 conexiones, adicional se realizaron 16 conexiones en los traslapos
que quedan ubicadas en la mitad de cada módulo, conformando una cuerda inferior reforzada.

Figura 39. Relleno de unión. (Fuente: Elaboración propia)

Figura 40. Relleno de trozos. (Fuente: Elaboración propia)

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 50

Figura 41. Adición de mezcla en unión (Fuente: Elaboración propia)

Figura 42. Sellado de unión (Fuente: Elaboración propia)

La resistencia de los elementos se determinó analíticamente mediante el método de
los esfuerzos admisibles. Posteriormente, se realizaron pruebas de carga en especímenes a
escala real de los módulos y los elementos estructurales. Mediante una modelación
numérica, se encontró que usando las especificaciones de carga del Código Colombiano de
Diseño Sísmico de Puentes se pudo conformar un puente con una luz libre de 20 metros.
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 51
5.5.2 Prueba De Carga En El Puente.
Después de realizar las conexiones a tracción y unir todos los módulos se retiraron todos los
apoyos intermedios que soportaban a estos mismos módulos, dejando una luz libre de 20m. Con
su propio peso la estructura tuvo una flexión donde se desplazó en el centro de la luz 6,3cm.

Figura 43. Puente en guadua. (Fuente: Elaboración propia)
Para la prueba de carga se aplicó una carga muerta que fue progresivamente aumentando
con la ubicación de bultos rellenos de arena en 3 ubicaciones del puente a 1/3, 1/2, y 3/4 (a 5m,
10m y 15m) Respectivamente, 3 cargas puntuales de igual magnitud, simulando una carga
distribuida, untotal 183 bultos de arena para un total de 5.490Kg. al finalizar el montaje de la
carga que debió hacerse manualmente en estos 3 puntos tuvimos los siguientes desplazamientos:
para el primer punto de carga de 1.830Kg a 1/3 de la luz se dio un desplazamiento de 9,3cm; para
la segunda carga de 1.830Kg a 1/2 de la luz (centro del puente) se presentó el desplazamiento
máximo en flexión de 14,6cm; y en el tercer punto de carga igualmente se aplicaron 1.830kg a ¾
de la luz del puente hubo un desplazamiento a flexión de 10,8cm. Todo esto en simulación de una
muerta o estática.
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 52

Figura 44. Falla del puente. (Fuente: Elaboración propia)
Posteriormente por atrevimiento realizamos una carga dinámica, ubicando rampas de
acceso en ambos costados del puente y pasando con un vehículo marca Renault Duster de un peso
bruto vehicular de 1.800 kg, sumado al peso del conductor y un pasajero se aproxima a 2 ton de
peso dinámico que atravesó sin problema el puente a pesar que la estructura es diseñada para paso
peatonal y de ganado, resistió sin ningún inconveniente el paso del vehículo.

Figura 45. Puente adecuado para paso de vehículo. (Fuente: Elaboración propia)

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 53
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS
6.1 Propiedades mecánicas de la Guadua Angustifolia Kunth
6.1.1 Compresión paralela a la fibra de la Guadua.
Para determinar el esfuerzo último a compresión paralela a la fibra, se divide la fuerza última
alcanzada por la probeta antes de fallar (Fúlt) en Newton entre el área de aplicación de la carga, es
decir el área de la sección transversal expresada en mm2.Para ello se utilizó la ecuación (7):
𝜎ú𝑙𝑡 =
𝐹ú𝑙𝑡
A
(7)
Para el cálculo de A se utiliza la siguiente ecuación, en donde se tiene en cuenta el diámetro
externo y el espesor de cada probeta (Ecuación 8):
𝐴 =
π
4
∗ (𝐷𝑒2 − (𝐷𝑒 − 2𝑡 )2) (8)
Donde 𝐷𝑒 es el diámetro externo de la probeta y t el espesor de la misma. A continuación,
en la Tabla 1, se concluyeron los resultados de la resistencia a la compresión paralela a la fibra.

Tabla 1
Resultados de resistencia a compresión paralela a la fibra
COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA DE LA GUADUA
ESFUERZO
PROMEDIO
(MPA)
DESVIACIÓN
ESTÁNDAR
COEFICIENTE DE
VARIACIÓN
CONTENIDO DE HUMEDAD
PROMEDIO
50,35 8,50 16,87 10,26%
Datos obtenidos en el laboratorio Unisalle (Fuente: Elaboración propia)

UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 54
En la Tabla 2 se comparan los resultados de la resistencia a la compresión paralela
a la fibra de la Guadua, con la obtenida por otros autores:
Tabla 2
Comparación de resultados de resistencia a compresión paralela a la fibra
Autor Esfuerzo promedio (MPa)
Gonzales, E (2006) 41,81
Andrade, S (2013) 48,27
Pachón,V & Sanabria,J (2014) 41,94
Avila R & Mora,J (2017) 50,35
Fuente: Elaboración propia
Los valores de esfuerzo promedio de resistencia a compresión paralela a la fibra
comparados anteriormente presentan una desviación estándar del 4,37%; cada una de las
investigaciones presenta contenidos de humedad diferentes, como se presenta a
continuación (Figura 46):

Figura 46. Comparación de datos de esfuerzo a compresión paralela a la fibra. (Fuente: elaboración propia)
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 55
A manera de comparación se realizó el gráfico anterior del cual se puede inferir que para
los cuatro datos de investigación tomados, se presenta una tendencia que a mayor contenido de
humedad menor esfuerzo a compresión paralela a la fibra que puede soportar la guadua, es posible
que no solo la humedad sea un factor determinante en la resistencia a compresión paralela, sino
que también influya la altura de la guadua a la cual se obtuvieron las muestras, es decir la zona del
culmo del cual se haya extraído el material, entre otros.
El contenido de humedad (CH) de cada probeta se calculó como la pérdida de masa,
expresada como porcentaje de la masa seca en horno, usando la ecuación (9):
𝐶𝐻 =
(𝑚−𝑚𝑜)
𝑚𝑜
∗ 100 (9)
En donde m es la masa de la probeta antes del secado y como es la masa de la probeta
después del secado. Cada una con una exactitud de 0,01 g.
El CH se calculó con una exactitud de un décimo de porcentaje. Este CH se debe tomar
como representativo del CH de la probeta ensayada como un todo. La media aritmética de los
resultados obtenidos a partir de probetas individuales se debe registrar como el valor medio del
contenido de humedad de las probetas ensayadas.
6.1.2 Compresión perpendicular a la fibra.
La resistencia a la compresión radial o perpendicular a la fibra se calculó mediante la
suposición de analizar la mitad de la sección transversal de las probetas como un arco con una
carga en el centro que se refiere a la carga aplicada en el ensayo por la máquina, donde el
momento flector en el centro de la luz es igual a la reacción en el apoyo multiplicada por el radio
promedio R. En la ecuación 10 se define la resistencia a la compresión perpendicular a la fibra:
𝜎𝑐𝑝 =
M∗c
I
(10)
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 56
El valor de c corresponde a la distancia entre el eje neutro y la fibra extrema a
compresión, que sería igual a la mitad del espesor promedio de la Guadua, en cuanto al
momento de Inercia se calcularía respecto a la sección de base igual a la longitud
promedio y la altura igual al espesor promedio de cada probeta, como se muestra en la
ecuación 11:
𝜎𝑐𝑝 =
M∗c
I
=
(
𝐹𝑢𝑙𝑡
2
)∗(𝑅)∗(
𝑇𝑝
2
)
(
𝐿𝑝∗𝑡3𝑝
12
)
(11)
A continuación, en la tabla 3 se resumen los resultados obtenidos para este ensayo.
Tabla 3
Resultados de resistencia a compresión perpendicular a la fibra de la Guadua
Esfuerzo
promedio (MPa)
Desviación
estándar (MPa)
Coeficiente de
variación
Contenido de
humedad promedio

17,03 3,18 7,33% 10,32%
Datos obtenidos en el laboratorio Unisalle (Fuente: Elaboración propia)
A manera de comparación, en la Tabla 4 se puede observar el esfuerzo último a
compresión perpendicular obtenido por diferentes autores y el de la presente investigación:
Tabla 4
Comparación resultados de resistencia a compresión perpendicular a la fibra de la Guadua
Autor Esfuerzo promedio (MPa)
Andrade, S (2013) 10,68
Ardila, C (2013) 4,42
Avila, R & Mora, J (2017) 17,03
Proyecto MADRC (2010) 8,35
Fuente: Elaboración propia.
Los valores de las investigaciones mencionados anteriormente presentan una desviación
estándar de 5,28 MPa.
UNIONES A TRACCIÓN EN GUADUA ANGUSTIFOLIA 57
El contenido de humedad de las probetas del trabajo de investigación de Andrade fue de 14,27%
y el contenido de agua de las probetas de la presente investigación fue de 10,32%; En ambas
investigaciones se emplearon culmos provenientes de El Quindío, al igual que en el Proyecto
MADRC “Validación de la Guadua angustifolia como material estructural para diseño, por el
método de esfuerzos admisibles”. A diferencia de las dos investigaciones nombradas
anteriormente, el contenido de humedad de las probetas ensayadas fue de 81,47%, casi cuatro
veces que el promedio de las humedades de las probetas ensayadas por Andrade y las ensayadas
en esta investigación, aunque sea de la misma zona de procedencia, la variación de humedades y
la variación de esfuerzos admisibles hacen que no se relacionen ni que se pueda inferir nada acerca
del comportamiento