DISEÑOCONEXIONES GUADUA

7/28/2019 DISEOCONEXIONES GUADUA

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DISEO DE CONEXIONES EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES DEBAMB- GUADUA LAMINADA PEGADA PRENSADA, PARA UN

PROYECTO DE VIVIENDA

ANA MILENA OLARTE ARENASIngeniera Civil

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AGRICOLASECCION ACADEMICA DE ESTRUCTURAS Y CONSTRUCCIN

MAESTRIA EN INGENIERIA ESTRUCTURASBOGOT

2012


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DISEO DE CONEXIONES EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES DEBAMB- GUADUA LAMINADA PEGADA PRENSADA, PARA UN

PROYECTO DE VIVIENDA

ANA MILENA OLARTE ARENAS

Trabajo final de maestra para optar al ttulo de Magister en Ingeniera-Estructuras

DirectoraPATRICIA LUNA TAMAYO

Ingeniera Civil - MS.c. Estructuras

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA CIVIL Y AGRICOLASECCION ACADEMICA DE ESTRUCTURAS Y CONSTRUCCIN

MAESTRIA EN INGENIERIA ESTRUCTURASBOGOT

2012


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Nota de aceptacin:

__________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________Directora de Trabajo FinalIng. Patricia Luna Tamayo

________________________________Firma del jurado

Prof. ____________________________

________________________________Firma del jurado

Prof. ____________________________

Bogot, 28 de Septiembre de 2012


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AGRADECIMIENTOS

A Dios que siempre gui mi camino y me

inspir para seguir adelante con mis propsitos.

A mis padres y hermanas que

apoyaron cada uno de mis pasos y me animaron a

conseguir mis logros.

A las ingenieras Patricia Luna y Caori Takeuchi

por los consejos y guas en el desarrollo de

esta investigacin, as como a la Arquitecta

Diana Ovalle y el grupo de trabajo quienes

con su apoyo permitieron culminar este objetivo.

Finalmente a Francisco, gracias por cada

impulso que me diste


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RESUMEN V

DISEO DE CONEXIONES EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE BAMB-GUADUA LAMINADA PEGADA PRENSADA, PARA UN PROYECTO DEVIVIENDA

Ana Milena Olarte Arenas

RESUMEN

Dentro del marco de un mundo preocupado por el medio ambiente y por lasalternativas de industrializacin ecoamigables, surgen gran cantidad deinvestigaciones alrededor de materiales de construccin que permitan el desarrollode la infraestructura de una sociedad bajo parmetros ambientales aceptablesmundialmente. Como uno de estos materiales sobresale el bamb guadua

laminada, como una alternativa importante que mezcle el buen comportamientoestructural de la guadua rolliza junto con el manejo y buen acabado de loslaminados, permitiendo as, hacer uso del bamb guadua laminada como materialprincipal de obras de infraestructura.

A partir de esta premisa, a nivel nacional se desarrollaron diferentesinvestigaciones buscando la incursin de este nuevo material en el mbito de laconstruccin; as lo hizo el Ministerio de Agricultura en convenio con laUniversidad Nacional de Colombia al desarrollar el proyecto: vivienda conelementos estructurales en bamb-guadua laminada pegada prensada (GLPP),

que buscaba ahondar en todos los parmetros necesarios para desarrollar unavivienda totalmente funcional en el mencionado material.

Este fue el punto de partida de esta investigacin, en la cual se busc desarrollar yanalizar conexiones aptas para unir los elementos estructurales que componan lavivienda desarrollada en el proyecto del Ministerio de Agricultura.

El diseo de estas conexiones parti de encontrar las solicitaciones a las queestara sometida cada unin y determinar as el nmero, dimetro y localizacin delos pernos que sujetaran la unin (segn el Manual de Diseo Para Maderas del

Grupo Andino (JAC, 1986)) y luego se disearon las platinas metlicas quesoportaran los pernos usando el mtodo de esfuerzos de trabajo segn la NSR-98 (AIS, 1998).

Una vez diseadas las conexiones se construy un prototipo de una zona de laestructura de la casa, se aplic una carga equivalente a la carga viva de diseo


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RESUMEN VI

(180Kg/m2) y se instrument el comportamiento de algunas de las conexiones dela estructura ante la aplicacin de la carga mediante la medicin dedesplazamientos.

Luego de la prueba real se procedi a una modelacin numrica por elementosfinitos de las conexiones que se haban instrumentado en la prueba de carga, conel fin de encontrar la carga lmite o de falla de cada una de estas y estimar as silas conexiones presentaban un buen comportamiento y si eran aptas para unir loselementos estructurales de bamb guadua laminada de los que est compuesta lavivienda estudiada.

El modelo de prueba de carga se construy en la Facultad de Artes y seinstrument y prob en la Facultad de Ingeniera de la Universidad Nacional deColombia.

Palabras clave: guadua, laminados, diseo de conexiones.


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ABSTRACT VII

"DESIGN OF STRUCTURAL ELEMENTS CONNECTIONS OF GLUEDLAMINATED PRESSED BAMBOO GUADUA FOR A HOUSING PROJECT

Ana Milena Olarte Arenas

ABSTRACTWithin the framework of a world concerned about the environment and eco-friendlyalternatives of industrialization, arise lot of research about building materials thatenable the development of the infrastructure of a society under globally acceptableenvironmental parameters. As one of these materials laminated bamboo guaduaemerges as an important alternative that mixes good structural behavior of bamboo

and the handling and good finishing of the laminate, allowing the use of laminatedbamboo guadua as the main material works of infrastructure.

From this premise, nationally developed different researches to the incursion ofnew material in the field of construction, so the Ministry of Agriculture in partnershipwith the Universidad Nacional de Colombia to develop the project: housing withstructural elements of glued laminated pressed bamboo guadua (GLPP), whichsought to delve into all the parameters necessary to develop a fully functionalhousing in that material.

This was the starting point of this research, which sought to develop and analyzesuitable connections for joining the structural elements making up the housingdeveloped in the project of the Ministry of Agriculture.

The design of these connections started to find the stresses to which would besubject each joint and determine the number, diameter and location of the bolts ofthe union (according to the Manual de Diseo Para Maderas del Grupo Andino(JAC, 1986)) and then the plates were designed using the method of work effortsby the NSR-98 (AIS, 1998).

Once the connections are designed built a prototype of an area of the structure ofthe house, we applied a charge equivalent to the design live load (180Kg/m2) andimplemented the behavior of some of the connections of the structure before theapplication of the load by measuring displacement.


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ABSTRACT VIII

After the real test it was a finite element numerical modeling of the connections thatwere implemented in the load test, to find the limit load or failure of each of theseconnections and estimate if the connections had good behavior and if they weresuitable for joining the structural elements of laminated bamboo guadua which is

composed of the housing project.

The load test model was built on the Art faculty and was implemented and tested inthe Engineering Faculty of the Universidad Nacional de Colombia

Keywords: guadua, laminates, design of connections.


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CONTENIDO IX

CONTENIDO

Pag.

RESUMEN V

LISTA DE TABLAS XI

LISTA DE FIGURAS XIII

INTRODUCCION 1

1. ANTECEDENTES 31.1 LA GUADUA ANGUSTIFOLIA 31.2 CAMINO A LA GUADUA LAMINADA EN COLOMBIA. 41.3 INVESTIGACIONES PREVIAS. 5

CARACTERIZACIN DEL MATERIAL 5Caracterizacin fsica del bamb guadua laminada pegada prensada 7Caracterizacin mecnica del bamb guadua laminada pegada prensada 7

ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN BAMB GUADUA LAMINADA 9CONEXIONES ENTRE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN BAMBGUADUA LAMINADA. 16

2. OBJETIVOS 212.1 OBJETIVO GENERAL 212.2 OBJETIVOS ESPECFICOS 21

3. METODOLOGIA 223.1 ESTRUCTURA DEL PROTOTIPO 22

SIMULACIN NUMRICA DE SOLICITACIONES DEL PROTOTIPO 22DISEO DE CONEXIONES 27

Ejemplo de revisin conexiones resistentes a momento 30Ejemplo de revisin conexin en cercha plana. 42Ejemplo de revisin conexin no resistente a momento. 47

ELABORACIN DE DETALLES DE DISEO Y CONSTRUCCIN 523.2 ESTRUCTURA DE LA PRUEBA DE CARGA 57

MONTAJE CONSTRUCTIVO 57


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CONTENIDO X

Construccin y preparacin del modelo 58INSTRUMENTACIN 60CARGAS. 62OBTENCIN DE DATOS 66

3.3 SIMULACIN NUMRICA DE LA ESTRUCTURA DE LA PRUEBA DECARGA 67

SIMULACIN NUMRICA CON CARGAS APLICADAS 67SIMULACIN DE CONEXIONES ESPECFICAS 69

Conexin 1 P2-T2 70Conexin 2 P1-T3 77Conexin 3 C1-T6 80

4. CALCULOS Y RESULTADOS 854.1 RESULTADOS EXPERIMENTALES DE LA PRUEBA DE CARGA. 854.2 ESTADOS LMITES DE CONEXIONES ESPECFICAS MODELADAS.

____________________ 93CONEXIN 1 P2-T2 94CONEXIN 2 P1-T3 99Conexin 3 C1-T6 103

5. COMPARACIN Y ANALISIS DE RESULTADOS 1075.1 CONEXIN 1 P2-T2 1075.2 CONEXIN 2 P1-T3 1085.3 CONEXIN 3 C1-T6 110

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 1127. BIBLIOGRAFIA 1148. ANEXOS 115

8.1 ANEXO A 1158.2 ANEXO B 1178.3 ANEXO C 118


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CONTENIDO XI

LISTA DE TABLAS

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Tabla 1: Esfuerzos admisibles de la guadua en MPa. 6Tabla 2: Caracterizacin fsica de GLPP 7Tabla 3: Caracterizacin mecnica de probetas de GLPP - Flexin 7Tabla 4: Caracterizacin mecnica de probetas de GLPP Corte Paralelo 8Tabla 5: Caracterizacin mecnica de probetas de GLPP Corte Perpendicular 8Tabla 6: Caracterizacin mecnica de probetas de GLPP Compresin Perpendicular 9Tabla 7: Mdulo de elasticidad a flexin de vigas de diferente densidad - segn anlisis estadstico 10Tabla 8: Mdulo de elasticidad a flexin de vigas macizas- segn anlisis estadstico 11Tabla 9: Valores de esfuerzo mximo a flexin para diferentes longitudes de vigas de GLPP 11Tabla 10: Mdulo de elasticidad a flexin de vigas cajn - segn anlisis estadstico 12Tabla 11: Valores de esfuerzo mximo a flexin para diferentes longitudes de vigas cajn de GLPP 12Tabla 12: Mdulos de elasticidad a compresin 15Tabla 13: Cargas muertas y vivas usadas en la simulacin numrica de la vivienda de guadua laminada 26Tabla 14: Caractersticas de los elementos a conectar 31Tabla 15 Esfuerzos Admisibles Madera Tipo B (MPa) 32Tabla 16: Valores de carga admisible para longitudes de 20 cm segn tipo de madera y dimetro del perno.

33Tabla 17: Factor De Reduccin De La Carga Admisible En Funcin Del Nmero De Pernos Por Lnea Paralela A

La Direccin De La Carga Aplicada 36Tabla 18: Espaciamientos Mnimos Para Pernos 37Tabla 19: Espaciamientos Mnimos Para Pernos de Columna conexin P2-T2 38Tabla 20: Espaciamientos Mnimos Para Pernos de Viga conexin P2-T2 38

Tabla 21: Clculo de rea neta en platina de viga conexin P2-T2 40Tabla 22: Clculo de rea total y neta en bloque cortante de platina de viga conexin P2-T2 41Tabla 23: Resistencia de diseo a corte de los pernos de la conexin P2-T2 42Tabla 24: Caractersticas de los elementos a conectar 43Tabla 25: Cargas admisibles para viga conexin C1-T8 44Tabla 26: Cargas admisibles para diagonal principal conexin C1-T8 44Tabla 27: Cargas admisibles para diagonal secundaria conexin C1-T8 44Tabla 28: Espaciamientos mnimos para pernos en viga conexin C1-T8 45Tabla 29: Espaciamientos mnimos para pernos en diagonales conexin C1-T8 45Tabla 30: Resistencia en rea total conexin C1-T8 46Tabla 31: Clculo de rea neta en platina de conexin C1-T8 46Tabla 32: Clculo resistencia en rea neta platina de conexin C1-T8 46Tabla 33: Clculo resistencia aplastamiento platina de conexin C1-T8 46Tabla 34: Clculo de rea total y neta en bloque cortante de platina de conexin C1-T8 46Tabla 35: Resistencia bloque cortante de platina de conexin C1-T8 47Tabla 36: Clculo de resistencia a corte de los pernos de la conexin C1-T8 47Tabla 37: Caractersticas de los elementos a conectar 48


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CONTENIDO XII

Tabla 38: Cargas admisibles para viga conexin C1-T8 49Tabla 39: Cargas admisibles para columna conexin C1-T8 49Tabla 40: Espaciamientos mnimos para pernos en viga conexin C1-T6 50Tabla 41: Espaciamientos mnimos para pernos en columna conexin C1-T6 50Tabla 42: Resistencia en rea total conexin C1-T6 50Tabla 43: Clculo de rea neta en platina de conexin C1-T6 51Tabla 44: Clculo resistencia en rea neta platina de conexin C1-T6 51Tabla 45: Clculo resistencia aplastamiento platina de conexin C1-T6 51Tabla 46: Clculo de rea total y neta en bloque cortante de platina de conexin C1-T6 51Tabla 47: Resistencia bloque cortante de platina de conexin C1-T6 51Tabla 48: Clculo re resistencia a corte de los pernos de la conexin C1-T6 52Tabla 49: Peso de Sacos de Arena usados en la prueba de carga 62Tabla 50: Peso de Vigas de concreto usadas en la prueba de carga 63Tabla 51: Peso total usado en la prueba de carga 63Tabla 52: Ciclos de carga prueba de carga 66Tabla 53: Lecturas tomadas en los comparadores de caratula e incrementos encontrados. 66

Tabla 54: Desplazamientos en direccin y (viga) para conexin P2-T2 107Tabla 55: Desplazamientos en direccin x (columna) para conexin P2-T2 107Tabla 56: Esfuerzos producidos por diferentes cargas en la guadua y la platina de la conexin P2-T2 108Tabla 57: Desplazamientos en direccin y (viga) para conexin P1-T3 109Tabla 58: Desplazamientos en direccin x (columna) para conexin P1-T3 109Tabla 59: Esfuerzos producidos por diferentes cargas en la guadua y la platina de la conexin P1-T3 109Tabla 60: Desplazamientos en direccin y (viga) mitad de la luz para conexin C1-T6 110Tabla 61: Esfuerzos producidos por diferentes cargas en la guadua y la platina de la conexin C1-T6 110


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CONTENIDO XIII

LISTA DE FIGURAS

Pag

Figura 1: Configuraciones de secciones transversales en columnas 14Figura 2: Tipos de conexiones con 2 y 3 secciones 17Figura 3: Prototipos ensayados 17Figura 4: Esquema prticos ensayados 18Figura 5: Arquitectura plantas de piso 1 y 2 de vivienda en guadua laminada 23Figura 6: Corte arquitectnico de vivienda en guadua laminada 24Figura 7: Vista 3D de elementos estructurales de vivienda de guadua laminada 24Figura 8: Definicin secciones de vigas planta de piso 2 de vivienda de guadua laminada 25Figura 9: Definicin secciones de vigas de cubierta de vivienda de guadua laminada 25Figura 10: Definicin secciones de vigas y columnas vivienda de guadua laminada 26Figura 12: Identificacin de prticos resistentes a momento 27Figura 13: Puntos de no transmisin de momentos 28Figura 14: Identificacin de los 3 tipos de conexiones estudiadas 29Figura 15: Identificacin de conexin resistente a momento 30Figura 16: Esquema de Carga de los elementos de la conexin P2-T2 31Figura 17: Platina usada para conectar el elemento viga de la conexin P2-T2 39Figura 18: Conexin a corte C1-T8 42Figura 19: Esquema de Carga de los elementos de la conexin C1-T8 43Figura 20: Conexin no resistente a momento C1-T6 47Figura 21: Esquema de Carga de los elementos de la conexin C1-T6 48Figura 21: Identificacin de conexiones de la casa de guadua laminada 52Figura 22: Identificacin de prticos, cerchas y conexiones de la casa de guadua laminada 53Figura 23: Identificacin de elementos a conectar en cada unin del prtico 1 54Figura 24: Esquema a mano de la conexin C1-T7 55Figura 25: Detalles de fabricacin platinas para conexiones P2-T1, C1-T8 y I-T7 56Figura 26: Modelo en 3D de conexin P1-T1 y C1-T1 56Figura 27: Modelo en 3D, ubicacin de platinas numeradas y fotografa de platinas de conexin P2-T1 57Figura 28: Prototipo Completo y Modulo Central Usado en Prueba de Carga 58Figura 29: Montaje en Piso, previo a montaje real 58Figura 30: Montaje de Prueba de carga 59Figura 31: Prototipo Con Vigueteria en Guadua Rolliza 59Figura 32: Comparador de cartula utilizado en prueba de carga 60Figura 33: Ubicacin de los 6 comparadores de cartula sobre el mdulo 61Figura 34: Ubicacin de comparadores de cartula 62

Figura 35: Origen del peso total usado en la prueba de carga 63Figura 36: Sacos de arena y vigas de concreto usados en prueba de carga 64Figura 37: rea de cargada en la prueba de carga 65Figura 38: Proceso de Pesado de Sacos de Arena 65Figura 39: Ciclo de Carga No. 1 (1667.5 Kg) Distribucin de Carga Viva 68Figura 40: Ciclo de Carga No. 2 (2241.0 Kg) Distribucin de Carga Viva 68
http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533509http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533509http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533510http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533510http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533511http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533511http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533512http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533512http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533512http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533512http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533513http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533513http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533513http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533513http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533513http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533512http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533511http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533510http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533509


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CONTENIDO XIV

Figura 41: Ciclo de Carga No. 3 (3626.5 Kg) Distribucin de Carga Viva 69Figura 42: Imagen de conexin a momento modelada mediante elementos finitos. 70Figura 43: Detalle del ngulo de unin de la conexin P2-T2, modelada mediante elementos finitos 71Figura 44: Lmites de modelacin numrica de la conexin P2-T2 71Figura 45: Nodos en los lmites de modelacin numrica de la conexin P2-T2 72Figura 46: reas de modelacin numrica de la conexin P2-T2 73Figura 47: Discretizacion de la conexin P2-T2 75Figura 48: Diagrama de restricciones y solicitaciones de la conexin P2-T2 76Figura 49: Imagen de conexin a momento modelada mediante elementos finitos 77Figura 51: Lmites de modelacin numrica de la conexin P1-T3 78Figura 52: reas de modelacin numrica de la conexin P1-T3 79Figura 53: Discretizacin de la conexin P1-T3 80Figura 54: Imagen de conexin no resistente a momento modelada mediante elementos finitos 81Figura 56: Lmites de modelacin numrica de la conexin C1-T6 82Figura 57: Condiciones de borde de modelacin numrica de la conexin C1-T6 82Figura 58: reas de modelacin numrica de la conexin C1-T6 83

Figura 59: Discretizacin de modelacin numrica de la conexin C1-T6 83Figura 60 Condicin de carga real de la conexin C1-T6 84Figura 61: Detalle de Deduccin del Giro de una Conexin mediante su desplazamiento medido 85Figura 62: Comparacin de resultados tericos y experimentales comparador de caratula No. 1 (Conexin C1-

T6 y C1-T5) 87Figura 63: Grfica de resultados tericos y experimentales comparador de caratula No. 1 (Conexin C1-T6 y

C1-T5) 88Figura 64: Comparacin de resultados tericos y experimentales comparador de caratula No. 2 89Figura 65: Grafica de resultados tericos y experimentales comparador de caratula No. 2 90Figura 66: Comparacin de resultados tericos y experimentales comparador de caratula No. 3 y 4 91Figura 67: Comparacin de resultados tericos y experimentales comparador de caratula No. 5 y 6 92Figura 68: Ubicacin de comparadores de caratula No 3 al 6 en prueba de carga. 93Figura 69: Deformada de la conexin P2-T2 para el tercer ciclo de carga 94Figura 70: a. Desplazamientos verticales (y) ; b. Desplazamientos horizontales (X) de la conexin P2-T2 para

el tercer ciclo de carga 95Figura 71: Esfuerzos (Y) de la conexin P2-T2 para una carga unitaria 96Figura 72: Esfuerzos (von mises) de la conexin P2-T2 para una carga unitaria 97Figura 73: Esfuerzos (y) de la conexin P2-T2 para una carga de 15248.2 N/m2 98Figura 74: Esfuerzos (vm) de la conexin P2-T2 para una carga de 15248.2 N/m2 98Figura 75: Deformada de la conexin P1-T3 para el tercer ciclo de carga 99Figura 76: a. Desplazamientos verticales (Y); b. horizontales (X) de la conexin P1-T3 para el tercer ciclo de

carga 100Figura 77: Esfuerzos (Y) de la conexin P1-T3 para una carga unitaria 101Figura 78: Esfuerzos (von mises) de la conexin P1-T3 para una carga unitaria 101Figura 79: Esfuerzos (y) de la conexin P1-T3 para una carga de 26232.7 N/m2 102Figura 80: Esfuerzos (vm) de la conexin P1-T3 para una carga de 26232.7 N/m2 103Figura 81: Deformada de la conexin C1-T6 para el tercer ciclo de carga 103Figura 82: Desplazamientos verticales (y) de la conexin C1-T6 para el tercer ciclo de carga 104
http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533514http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533514http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533514http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533514http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533532http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533532http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533532http://c/Users/owner/Documents/Ana%20Mile/Maestria%20en%20Estructuras/TESIS/DISE%C3%91O%20DE%20CONEXIONES%20EN%20BAMBU-GUADUA%20LAMINADA%20PEGADA%20PRENSADA%20PARA%20UN%20PROYECTO%20DE%20VIVIENDA.docx%23_Toc336533514


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CONTENIDO XV

Figura 83: Esfuerzos (Y) de la conexin C1-T6 para una carga unitaria 104Figura 84: Esfuerzos (von mises) de la conexin C1-T6 para una carga unitaria 105Figura 85: Esfuerzos (y) de la conexin C1-T6 para una carga de 211522 N/m2 105Figura 86: Esfuerzos (vm) de la conexin C1-T6 para una carga de 211522 N/m2 106


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CONTENIDO XVI

LISTA DE GRAFICAS

Pag.

Grafica 1: Esfuerzo admisible de vigas macizas de GLPP en funcin de la longitud no arriostrada 11Grafica 2: Esfuerzo admisible de vigas cajn de GLPP en funcin de la longitud no arriostrada 13Grafica 3: Curva esfuerzo deformacin columnas seccin cajn 14Grafica 4 Curva esfuerzo deformacin columnas seccin maciza 14Grafica 5: Curva esfuerzo admisible vs. Relacin de esbeltez, columnas seccin cajn 15Grafica 6: Curva carga deformacin prticos con arriostramiento tipo k 19Grfica 7: Interpolacin Lineal Esfuerzos Admisibles Madera Tipo B Pernos 33Grfica 8: Interpolacin Lineal Esfuerzos Admisibles Madera Tipo B Pernos 3/8 33Grfica 8: interpolacin Lineal Esfuerzos Admisibles Madera Tipo B Pernos 1/2 33Grfica 9: interpolacin Lineal Esfuerzos Admisibles Madera Tipo B Pernos 5/8 33Grfica 10: interpolacin Lineal Esfuerzos Admisibles Madera Tipo B Pernos 3/4 34


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INTRODUCCION 1

1

INTRODUCCIN

Recientemente en el sector de la construccin a nivel nacional e internacional se

ha fomentado la bsqueda de materiales renovables y sustentables que presentenun comportamiento estructural adecuado. En medio de esta bsqueda ha surgidoel bamb-guadua, ya que cumple con el objetivo de ser renovable y, eninvestigaciones previas, se ha demostrado que presenta caractersticas mecnicasapropiadas para considerarse al nivel de materiales estructurales convencionales,como el concreto y el acero entre otros.

En este marco de bsqueda se abre el camino a investigaciones relacionadas conel bamb-guadua, donde se han destacado principalmente desarrollos con elmaterial en su estado natural (rollizo) y en menor proporcin utilizndolo en

laminados, que es el caso particular del presente estudio.

Con el objetivo de ampliar un poco ms el campo de los laminados en bamb-guadua y como una alternativa ecolgica y funcional de materiales para vivienda,la Universidad Nacional en convenio con el Ministerio de Agricultura desarroll unproyecto de vivienda con elementos estructurales en bamb-guadua laminadapegada prensada (GLPP), el cual es el punto de partida de la presenteinvestigacin, ya que al buscar un diseo estructural completamente funcional suselementos de unin y conexiones deben disearse para que trabajenadecuadamente ante las diferentes solicitaciones a las que estar expuesta laestructura durante su vida til.

Es all donde a la luz de investigaciones previas de diferentes institucioneseducativas, se ha definido un modelo funcional de vivienda sustentable en GLPPal cual, una vez diseada, se le realizaron estudios y pruebas reales deconexiones, con el fin de estimar si estas son las adecuadas para un prototipo devivienda como en el que se est trabajando en el proyecto con el Ministerio de

Agricultura. Para llevar a cabo este objetivo se han generado diversos modelos deconexiones para elementos estructurales de GLPP, con unas cargas y condiciones

estipuladas y de esta manera abarcar de un modo muy general la diversidad deuniones que pueden presentarse en este prototipo.


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INTRODUCCION 2

2

La determinacin del nmero de pernos y posicionamiento de estos en lasconexiones diseadas en el presente trabajo se basaron en los lineamientosdados por el Manual de Diseo para Maderas del Grupo Andino (Cartagena 1984)y utilizando los esfuerzos admisibles para una madera tipo B dados en las Normas

Colombianas de Diseo y Construccin Sismo Resistente NSR 98 (AIS, 1998),segn clasificacin determinada en investigaciones previas.

El diseo de las platinas de las conexiones se realiz por el mtodo de esfuerzosde trabajo y cobijados bajo la Norma NSR-98 (AIS, 1998), debido a que elproyecto del Ministerio de agricultura (base de esta investigacin) se inici bajo lavigencia de esta norma.

Finalmente, basndose en los diseos desarrollados, se estudiarondetalladamente algunas de las conexiones, dando espacio a la comparacin,correccin y sugerencias para futuros investigadores quines quieran profundizaren el tema de los laminados de bamb-guadua y as generar un mayorconocimiento del mismo, y dar un paso ms hacia su uso masivo como material deconstruccin.


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DISEO DE CONEXIONES EN ELEMENTOS ESTRUCTURALES DE GLPP

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1. ANTECEDENTESDentro de la bsqueda de un material sustentable y alternativo para la industria de

la construccin en el pas, se han realizado numerosas investigaciones sobre elbamb guadua laminada a nivel nacional e internacional. Este captulo recopilaparte de las investigaciones realizadas a nivel nacional debido a que la Guaduaangustifolia Kunth, especie de bamb utilizada en esta investigacin, es de granabundancia en Colombia y por tanto se han desarrollado varios trabajos en torno aesta especie como material de fabricacin de elementos estructurales.

A pesar de enmarcar solo el mbito nacional de las investigaciones en guadua, nose desconocer la importancia histrica y el desarrollo que ha tenido sta comomaterial de construccin a nivel internacional.

1.1 LA GUADUA ANGUSTIFOLIA

Esta especie de guadua tuvo su primera clasificacin en Colombia en el ao 1806y solo fue hasta 1822 que se clasific con el nombre con el que hoy se le conoce;desde entonces se ha caracterizado por ser un material ampliamente utilizadopara diferentes labores que hicieron y hacen parte del desarrollo econmico, socialy cultural del pas.

La guadua como planta puede clasificarse como un bamb leoso del cual existenaproximadamente 1000 especies, 500 de estas especies presentes en Amrica.Esta especie particular de bamb (Guadua angustifolia Kunth) se encuentraprincipalmente en pases como Colombia, Venezuela y Ecuador, aunque tambinexiste en grandes cantidades en pases centroamericanos como Panam, que

junto con Colombia se han caracterizado por el uso de esta especie en diferentescampos.

Esta especie de bamb hace parte de un gnero de guaduas, caracterizadas portallos robustos. En particular, la guadua angustifolia sobresale por sus culmos dehasta 30 m de altura y 25 cm de dimetro y porque sus partes inferiorespermanecen prcticamente verticales (lo que la hace ideal para laminados). Esimportante mencionar que este bamb se desarrolla en ptimas condicionesdesde los 1000 hasta los 1600 msnm, razn por la cual Colombia tiene losmejores especmenes de esta especie (Garca, 2004).


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1.2 CAMINO A LA GUADUA LAMINADA EN COLOMBIA.

Debido a su gran abundancia en diferentes zonas del pas, principalmente en

Antioquia y el Eje Cafetero, y en respuesta a la necesidad creciente de viviendasen zonas inhspitas, a mediados del siglo XIX, se desarroll una tcnicaconstructiva basada en el uso del bamb guadua, conocida actualmente comoBahareque encementado en la cual se integran columnas y vigas de guadua conmarcos de madera que constituyen un sistema estructural, de rpido montaje,buen comportamiento y costos reducidos.

Al final de la dcada de los 90, el uso de este sistema constructivo se potencializconsiderablemente debido a que se observ un buen comportamiento al soportargrandes deformaciones sin llegar a la falla o colapso de la estructura, luego de

verse sometida a grandes solicitaciones producto de cargas ssmicas,principalmente.

Desde entonces se ha popularizado la guadua como material para el sector de laconstruccin y se han desarrollado diferentes investigaciones alrededor de sta,llevando incluso a la inclusin de este material en las Normas Sismo ResistentesNSR-10 (AIS, 2010) actuales de Colombia.

Por la necesidad de industrializar un poco ms este material y de darle el mayoraprovechamiento posible como elemento estructural, se empezaron a explorarnuevas formas de uso del bamb guadua, tales como los laminados los cualesconsisten en utilizar estos no solo en superficies como pisos, sino hacerlos partede la estructura; ya que por su configuracin permite tener espacios msfuncionales representando una ventaja con respecto a la guadua rolliza y suacabado es arquitectnicamente diferente, lo cual constituye una alternativa msde espacios y viviendas.

Con el fin de desarrollar adecuadamente este nuevo material y como respuestaal buen comportamiento que venan presentando las estructuras en bamb

guadua rolliza, se inicia un proceso de investigacin de los laminados de bambguadua con el fin de equipararlo con una material como la madera laminada lacual se encuentra cobijada por las normas (NSR-10).


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1.3 INVESTIGACIONES PREVIAS.

En bsqueda de un conocimiento ms amplio del tema del presente estudio, se

mencionan las investigaciones relacionadas con tres contenidos fundamentales,caracterizacin del material, caracterizacin de elementos estructurales en estematerial y conexiones utilizando elementos estructurales de GLPP.

CARACTERIZACIN DEL MATERIAL

Dentro de la primera temtica a explorar es pertinente evaluar diferentescaractersticas del bamb guadua, sin embargo, es de primordial inters evaluarlos esfuerzos que es capaz de resistir este material ya que de ello depende en

gran medida el diseo de las conexiones a realizar en la presente investigacin.

Este inters particular lo muestra la publicacin Determinacin experimental devalores de esfuerzos admisibles para Guadua angustifolia Kunth (Luna et al.,2010b), donde se explora una metodologa para la determinacin de esfuerzosadmisibles en el bamb guadua angustifolia, con el fin de enmarcar el materialdentro de uno de los materiales de construccin incluidos por la normatividadsismo resistente vigente, para la determinacin de los esfuerzos admisiblesfueron realizados ensayos a compresin, traccin, corte, flexin y compresinperpendicular en probetas de la cepa, basa y sobrebasa, provenientes de guaduas

de tres zonas diferentes de Colombia (Luna et al., 2010b).

La metodologa descrita en la mencionada publicacin, describe el procedimientodesde la codificacin y marcacin de cada culmo de bamb guadua de edadesentre los 3 y 5 aos, pasando por el proceso de medida y corte de ellos, ladigitalizacin de datos y el ensayo de las probetas.

Como resultado de esta investigacin se recomiendan los esfuerzos admisibles dela guadua para tres casos de cargas diferentes (A. Carga muerta, B. Carga Muerta+ Viva, C. Carga muerta + Viva + Viento o Sismo)1, en la tabla 1 se resumen estosresultados.

1 De acuerdo con lo establecido en la ISO 22157.


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Fb: esfuerzo admisible a flexin, Ft: esfuerzo admisible a tensin paralela a la fibra, Fc: esfuerzo

admisible de compresin paralela a la fibra, Fp: esfuerzo admisible a compresin perpendicular a la

fibra y Fv: corte paralelo a la fibra.

Tabla 1: Esfuerzos admisibles de la guadua en MPa.FUENTE: (Luna et al., 2010b)

Si bien esta investigacin fue realizada sobre guadua rolliza y no laminada, aportauna metodologa de caracterizacin y ensayo que es primordial a la hora de

obtener laminados en guadua, adicionalmente da una primera idea del orden delos valores de resistencia del material.

Adicionalmente a la determinacin de la resistencia del material en su estadonatural es pertinente hacerlo de igual forma a los laminados producidos conbamb-guadua, para ello es preciso determinar inicialmente el tipo de pegante autilizar en el laminado y la influencia que ste tiene sobre las propiedadesmecnicas del mismo.

El estudio de este adhesivo y la influencia sobre el laminado fue desarrollado porJuan Carlos Corts (Cortes 2009), quien partiendo de los adhesivos utilizados enmaderas laminadas, Resorcina Fenol Formol (RFF) y Melamina urea formol (MUF)entre otros, realiz ensayos para medir de caracterizacin fsica y mecnica de laGLPP.

Para lograr la caracterizacin de los laminados, tanto fsica como mecnicamente,se realizaron pruebas de humedad, densidad y contraccin, as como ensayos deflexin, de los cuales se obtuvieron los resultados resumidos en las tablas 2 y 3.

Continuando con su investigacin Corts llev a cabo otros ensayosdocumentados en el artculo Assessment of the influence of glue type in themechanical behavior of glued laminated guadua (bamboo) (Cortes 2009), paradeterminar la resistencia mecnica de la GLPP ante otras solicitaciones de lascuales se resaltan los resultados de ensayos de corte y compresin.


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Caracterizacin fsica del bamb guadua laminada pegada prensada

Para llevar a cabo esta actividad, Corts (Corts, 2009) en su investigacin

construy 20 probetas para cada uno de los tipos de pegante (melanina,resorcinol, PVA y cola de carpintera) y para una muestra de caracterizacin,concluyendo que el laminado de guadua, debido a su densidad se comportabasimilar a una madera tipo A (JAC, 1986). Los resultados encontrados en estacaracterizacin se encuentran en la tabla 2.

Tabla 2: Caracterizacin fsica de GLPP

FUENTE: (Cortes 2009)

Caracterizacin mecnica del bamb guadua laminada pegada prensada

Para lograr esta caracterizacin se elaboraron 20 probetas con los cuatro tipos depegante donde se midieron y evaluaron los desplazamientos en los centros deluces de las probetas ensayadas a flexin encontrando caractersticas comodeformaciones mximas, ductilidad, mdulo de elasticidad y resistencia utilizandocada uno de los tipos de pegante como material de pega; esta informacin seilustra en la tabla 3, donde se observa claramente las diferencias y la influenciaque tiene el pegante en laminados de guadua sometidos a esfuerzos de flexin.

Tabla 3: Caracterizacin mecnica de probetas de GLPP - FlexinFUENTE: (Cortes 2009)

Humedad Guadua Verde = 75.00%

Humedad Guadua Seca = 13.78%

Humedad de Equilibrio = 8.00%

Densidad Nominal = 0.7 gr/cm3

Contraccion Longitudinal = 0.13%

Contraccion Tangencial = 11.56%

Contraccion Radial = 14.54%

Contraccion Tangencial/Radial = 0.80%


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Adicionalmente se llev a cabo el ensayo de 198 probetas para la evaluacin de lacapacidad de corte paralelo y 48 para corte perpendicular a la fibra de lassecciones de GLPP. Estos ensayos, en los cuales se tomaron medidas indirectasdel corte, permitieron encontrar los esfuerzos admisibles que posteriormente

seran usados en el diseo de las conexiones de guadua, de la presenteinvestigacin. Los resultados se encuentran en las tablas 4 y 5.

Tabla 4: Caracterizacin mecnica de probetas de GLPP Corte ParaleloFUENTE: (Cortes 2009)

Tabla 5: Caracterizacin mecnica de probetas de GLPP Corte PerpendicularFUENTE: (Cortes 2009)

Para continuar la caracterizacin mecnica se ensayaron 48 probetas ms, estavez con carga de compresin perpendicular a la fibra. Durante el ensayo setomaron medidas de la carga en el momento de la falla y del rea cargadadirectamente en la probeta, de tal manera que se pudiera determinar el esfuerzomximo como la relacin entre carga y rea, encontrando as el valor de esfuerzomximo a compresin perpendicular contenido en la tabla 6, primordial para la

etapa de diseo de esta investigacin.

MELAMINA 47.08

RESORCINOL 51.00

PVA 17.57

COLA 32.25

ESFUERZO MXIMO AL CORTE

PARALELO fv I I (kg/cm)PEGANTE

PEGANTEESFUERZO MXIMO AL CORTE

PERPENDICULAR fv | (kg/cm2)

MELAMINA 49.99

RESORCINOL 43.47

PVA 49.02

COLA 36.68


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Tabla 6: Caracterizacin mecnica de probetas de GLPP Compresin Perpendicular

FUENTE: (Cortes 2009)

Las investigaciones del Ingeniero Juan Carlos Corts (Corts,2009) fueronprimordiales para la determinacin con mayor precisin y criterio del tipo depegante a utilizar en los elementos estructurales de guadua que componen las

conexiones a disear en el transcurso de esta investigacin, as como ladeterminacin de los valores de resistencia a corte y compresin que sern deayuda para la clasificacin de la GLPP dentro de uno de los grupos de maderacontenidos en el Manual de Diseo de Maderas del Grupo Andino (JAC, 1986)

Al igual que la investigacin anterior sta tambin provee una metodologa, deobtencin de probetas y caracterizacin de las mismas generando ms y mejoresherramientas para la consecucin del material utilizado en el proyecto.

ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN BAMB GUADUA LAMINADA

Una vez caracterizado el material, fue preciso ahondar en el procedimiento aseguir para elaborar el diseo de elementos estructurales de GLPP.

En las investigaciones mencionadas a continuacin se revisa el comportamientodel material (GLPP), cuando hace parte de un elemento estructural, tales comovigas, muros y columnas. Es pertinente mencionar estas investigaciones debido aque permiten concluir sobre el comportamiento de la guadua laminada al usarse

en elementos como vigas y columnas que conforman la estructura del proyecto devivienda al cual se le disearn las conexiones.

En primera instancia puede destacarse la investigacin llevada a cabo por el Ing.Nelson Rodrguez (Rodrguez, 2011), quien desarroll tablas y grficos para el


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diseo a flexin de vigas en guadua laminada pegada prensada y evalu lainfluencia de la densidad de la guadua en sus esfuerzos admisibles.

Rodrguez (Rodrguez, 2011) en su investigacin evalu la influencia de la

densidad de la guadua en la resistencia a flexin y la rigidez de las vigas deGLPP, clasificando las lminas utilizadas en su elaboracin como de alta y bajadensidad y generando 4 configuraciones diferentes de disposicin de lminas.Fabric 30 vigas por cada una de las configuraciones y encontr la densidad de laseccin a partir de relaciones de peso y volumen.

Una vez fabricadas las 120 vigas, las ensayo hasta la falla encontrando la cargaultima a flexion, as como las medidas de desplazamientos en los centros de luces(medidas directamente en las probetas), con el fin de determinar el modulo deelasticidad del material tabla 7, adicionalmente encontr las mximas cargas ydeformaciones elsticas de las secciones.

Tabla 7: Mdulo de elasticidad a flexin de vigas de diferente densidad - segn anlisisestadstico

FUENTE: (Rodrguez, 2011)

Luego de esto y a partir de una nueva configuracin de lminas, Rodrguez(Rodrguez, 2011) ensay 50 vigas macizas con longitudes variables, las cualesensaya a flexin y mediante la toma de datos de los desplazamientos en loscentros de las luces junto con los valores de cargas aplicadas se puededeterminar el mdulo de elasticidad a flexin del material (tabla 8), tabla que fue labase para el valor de mdulo de elasticidad utilizado en el desarrollo del presenteproyecto.


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Tabla 8: Mdulo de elasticidad a flexin de vigas macizas- segn anlisis estadsticoFUENTE: (Rodrguez, 2011)

Adicionalmente al cargar las vigas hasta la falla o hasta la prdida de resistenciapudo determinar el esfuerzo mximo a flexin de las secciones en funcin de sulongitud (tabla No. 9), elaborando as grficas de diseo de secciones macizas enguadua laminada pegada (grafica 1).

Tabla 9: Valores de esfuerzo mximo a flexin para diferentes longitudes de vigas de GLPPFUENTE: (Rodrguez, 2011)

Grafica 1: Esfuerzo admisible de vigas macizas de GLPP en funcin de la longitud noarriostrada



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Complementando los resultados anteriores el ingeniero Rodrguez ensay 50vigas ms de seccin cajn, tanto sus secciones transversales como su longituderan variables.

El ensayo consisti en la aplicacin de dos cargas puntuales, debajo de estospuntos se tomaron lecturas de desplazamientos, al igual que en el centro de la luz;con esto determin el modulo de elasticidad (tablas 10 y 11), los esfuerzosmximos admisibles y las grficas de diseo (grafica 2), al igual que con lassecciones macizas

Tabla 10: Mdulo de elasticidad a flexin de vigas cajn - segn anlisis estadsticoFUENTE: (Rodrguez, 2011)

Tabla 11: Valores de esfuerzo mximo a flexin para diferentes longitudes de vigas cajn deGLPP



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Grafica 2: Esfuerzo admisible de vigas cajn de GLPP en funcin de la longitud noarriostrada


Con el desarrollo de estas tablas de diseo se tiene un aporte importante a lapresente investigacin, ya que permiti la clasificacin de la guadua laminada

pegada prensada, segn sus esfuerzos admisibles y facilit el proceso de diseode elementos.

Como complemento a la investigacin sobre elementos tipo viga, del ingenieroRodrguez, es necesario conocer el comportamiento de otros tipos de elementosestructurales en este mismo material, tales como columnas. En el documentoDiseo de Columnas en Guadua Laminada Prensada Pegada (Luna, Moreno et al.2010), se encuentra el mdulo de elasticidad y curvas esfuerzo vs relacin deesbeltez de diferentes configuraciones de columnas, en secciones macizas y

cajn.

En dicho documento se mencionan los ensayos de compresin para 4 diferentesconfiguraciones de seccin transversal de columnas (figura 1) y a partir de laaplicacin de las cargas y de la medicin de los estados lmites se gener unacurva esfuerzo deformacin para secciones cajn (grafica 3) y maciza (grafica 4).


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Figura 1: Configuraciones de secciones transversales en columnasFUENTE: (Luna et al., 2010a)

Grafica 3: Curva esfuerzo deformacin columnas seccin cajnFUENTE: (Luna et al., 2010a)

Grafica 4 Curva esfuerzo deformacin columnas seccin macizaFUENTE: (Luna et al., 2010a)


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Adicionalmente a las relaciones esfuerzo deformacin se encontraron los valoresdel mdulo de elasticidad a compresin de las diferentes secciones, cuyosresultados se ilustran en la tabla 12 y la curva de diseo que relaciona el esfuerzo

admisible vs la relacin de esbeltez (grafica 5) en funcin de diferentes factores deseguridad utilizados en varios manuales y normas.

Eprom (Promedio), E0.05(Percentil 5), Ek(Caracterstico)

Tabla 12: Mdulos de elasticidad a compresin

FUENTE: (Luna et al., 2010a)

Grafica 5: Curva esfuerzo admisible vs. Relacin de esbeltez, columnas seccin cajnFUENTE: (Luna et al., 2010a)


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La mencionada publicacin hace un aporte importante al diseo de conexiones deesta tesis ya que clasifica la guadua como un material dctil y contribuye con laestimacin de valores de mdulos de elasticidad y grficas de diseo quepermitirn un adecuado dimensionamiento y diseo de las columnas y por tanto de

sus conexiones a otros elementos estructurales.

CONEXIONES ENTRE ELEMENTOS ESTRUCTURALES EN BAMB GUADUALAMINADA.

El tema de las conexiones entre elementos de bamb guadua laminada es elcomponente final para llevar a cabo el proyecto de vivienda en el cual se havenido trabajando en los ltimos aos, ya que esto completara el sistemaestructural de la vivienda, hacindola totalmente funcional y parte de un sistema

estructural ptimo y aplicable a casos reales.

En la actualidad existen pocas investigaciones sobre conexiones entre elementosde guadua laminada, una de ellas es la realizada por Juan Atoche: Evaluacin delcomportamiento estructural de conexiones de guadua laminada (Atoche 2009),quin realiza ensayos sobre conexiones entrabadas con varios planos de corteentre elementos de bamb guadua laminada (figura 2).

Si bien la investigacin de Atoche profundiza sobre otra clase de conexiones, caberesaltarla, ya que da algunas apreciaciones sobre el comportamiento de lasconexiones dependiendo del sentido de la carga de los elementos unidos. Paraello se realizaron pruebas a corte y flexin en los dos sentidos (paralelo yperpendicular a la fibra de la guadua), encontrando como principal conclusin quelas conexiones en guadua laminada prensada pegada presentan una resistenciaconsiderablemente mayor cuando se cargan de manera paralela la fibra que,cuando se realiza el mismo procedimiento de manera perpendicular a sta.


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Figura 2: Tipos de conexiones con 2 y 3 secciones

FUENTE: (Atoche, 2009)

Adicionalmente tambin demuestra que el uso de dimetros grandes en loselementos conectores, como pasadores reducen, considerablemente el valor de laresistencia ltima de la conexin

Otro desarrollo importante y que puede considerarse como el primer paso deldesarrollo de conexiones tipo prtico, es el estudio desarrollado por P. Vergara:Comportamiento viga-columna en guadua laminada, pegada y prensada (Vergara,2010), en el cual se observa el proceso de fabricacin, prueba y falla de probetasde conexiones viga columna compuestos por secciones de guadua laminada enseccin cajn y de medidas de 8 por 10 cm, cuyas uniones se hicieron mediantengulos y lminas metlicas.

Se ensayaron dos tipos de conexiones, aplicando una carga sobre el extremo dela viga y sujetando los extremos superior e inferior de la columna (figura 3).Durante esta prueba se midieron desplazamientos verticales en la viga yhorizontales en la columna, as como los giros presentados por la conexin.

Figura 3: Prototipos ensayados

FUENTE: (Vergara,2010)


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Como consecuencia de estas pruebas se encontraron tres resultados importantes,dao de la seccin de guadua, desplazamiento uniforme de la unin y

desplazamiento diferencial de la misma.

El desplazamiento uniforme de la unin se present en las conexiones tipo ngulo,por lo cual se concluy que este tipo de unin era la ms apropiada para prticoso secciones que, como requerimiento, tuvieran que mantener el ngulo inicialentre los elementos conectados.

Basndose en el documento de Vergara (Vergara,2010) y como parte deldesarrollo de la temtica del proyecto: Diseo y construccin de vivienda conelementos estructurales en Guadua laminada prensada pegada (Luna, Moreno etal. 2010), se ensayaron prticos fabricados con guadua laminada prensadapegada, con cargas monotnicas y cclicas.

Estos ensayos se ejecutaron sobre ocho prticos con las caractersticas que seilustran en la figura 4 y cuyas uniones en ngulo correspondieron a las mismasensayadas por Vergara (Vergara, 2010), adicionalmente se generaronarriostramientos en los prticos ensayados mediante diagonales (tipo k) o panelesdispuestos entre ellos.

Figura 4: Esquema prticos ensayadosFUENTE: (Vergara,2010)


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El ensayo de estos prototipos se realiz mediante un gato hidrulico que desplazlateralmente. El desplazamiento mximo en la parte superior fue de 100 mm. Conbase en este ensayo se obtuvieron grficas de carga desplazamiento (grafica 6),logrando as dilucidar el proceder del material cuando ste es usado en elementos

estructurales, encontrando que presentaba un comportamiento dctil ante laaplicacin de cargas.

Grafica 6: Curva carga deformacin prticos con arriostramiento tipo k

FUENTE: (Luna, Takeuchi, 2012)

Adicionalmente dos de los prototipos se ensayaron con cargas cclicas, logrando

mediante el anlisis de sus resultados obtener informacin sobre la capacidad dedisipacin de energa del material y sus valores de rigidez.

En trminos generales las investigaciones anteriormente expuestas puedenenmarcarse en las temticas desarrolladas, utilizando los criterios, respuestas y

0.00

200.00

400.00

600.00

800.00

1000.00

1200.00

1400.00

0 20 40 60 80 100 120

Cargalateral(kg)

Desplazamiento (mm)

P01TK P02TK P03TK


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fallas encontradas en ellas para dar el adecuado desarrollo a la presenteinvestigacin y dar un marco de referencia al rea de estudios en la cual va adesenvolverse este trabajo investigativo.

A partir de los documentos y experiencias expuestas queda en evidencia lanecesidad de ahondar en el desarrollo de las conexiones entre elementosestructurales de un proyecto de vivienda (principal objetivo del presente trabajo),ya que se encuentra informacin sobre el comportamiento de elementos de GLPP,pero para poder garantizar la estabilidad y funcionalidad de un proyecto devivienda es de vital importancia que la estructura funcione como un todo, es decirque sus elementos se encuentren apropiadamente conectados, por lo que segener la necesidad a desarrollar en esta investigacin.


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2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

Disear diferentes tipos de conexiones estructuralmente funcionales en las cualesel material de los elementos sea el bamb guadua laminada prensada pegada(GLPP). Como parte de un proyecto de vivienda.

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

o Disear y estudiar el comportamiento de conexiones entre elementosestructurales cuyo material es el Bamb GLPP.

o Comparar el comportamiento de las conexiones modeladascomputacionalmente contra los resultados obtenidos mediante el ensayo fsico

de las mismas.o Evaluar la eficiencia de algunas conexiones diseadas en una prueba de

carga real.


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3. METODOLOGIA

3.1 ESTRUCTURA DEL PROTOTIPO

SIMULACIN NUMRICA DE SOLICITACIONES DEL PROTOTIPO

En funcin de una arquitectura definida que responde a unas necesidades devivienda de inters social y como parte del proyecto , Diseo y construccin devivienda con elementos estructurales en Guadua laminada prensada pegada

(Luna, Takeuchi, 2012) se desarroll una simulacin numrica por medio de lacual se evalu el comportamiento estructural de la misma, con el fin de darle lafuncionalidad acorde a las reglamentaciones vigentes para la cual fue concebida y

dar los datos necesarios para el desarrollo de la presente investigacin.

Para el avance de este tem se hizo uso de la herramienta informtica ETABS,mediante la cual se simul con la mejor aproximacin posible cada elemento comovigas, columnas, viguetas y placas, que conforman la estructura de la vivienda; ascomo las solicitaciones a la cual sta estara sometida una vez puesta enfuncionamiento.

Como normatividad base para el desarrollo y anlisis de esta simulacin seutilizaron las Normas Colombianas de Diseo y Construccin Sismo Resistente

NSR-98 (AIS, 1998), teniendo en cuenta todos los parmetros de asignacin decargas y anlisis ssmico y de viento que produciran las solicitaciones a las cualesse encontraba cada elemento de la vivienda.

Para proceder con la simulacin se tom la arquitectura base, ilustrada en lasfiguras 5 y 6, y se procedi al dimensionamiento de los elementos.


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Figura 5: Arquitectura plantas de piso 1 y 2 de vivienda en guadua laminada

FUENTE: (Rodriguez J., 2010)


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Figura 6: Corte arquitectnico de vivienda en guadua laminadaFUENTE: (Rodriguez j., 2010)

Se asignaron secciones cajn de 20x20 cm para las columnas y algunasdiagonales, secciones macizas de 5x20 cm hasta 20x20 cm para las vigas ydems diagonales. Estas secciones se ilustran en las figuras No. 7, 8, 9 y 10.

Figura 7: Vista 3D de elementos estructurales de vivienda de guadua laminada


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Figura 8: Definicin secciones de vigas planta de piso 2 de vivienda de guadua laminada

Figura 9: Definicin secciones de vigas de cubierta de vivienda de guadua laminada

VIGA 5x20

VIGA 8x20

VIGA 5x20

VIGA12x20

VIGA20x20

VIGA8x20

VIGA5x20

VIGA10x20

VIGA20x20

CORREA6x20

CORREA6x20

CORREA6x20

CORREA6x20

CORREA6x20

CORREA6x20

CORREA6x20

CORREA6x20


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Figura 10: Definicin secciones de vigas y columnas vivienda de guadua laminada

Posterior al prediseo de los elementos se asignaron las cargas muertas y vivas(tabla 13), sismo y viento (Anexo No. 1) para el anlisis numrico de la estructuraas como las combinaciones de carga y los requerimientos necesarios segn lanormatividad utilizada.

Tabla 13: Cargas muertas y vivas usadas en la simulacin numrica de la vivienda deguadua laminada

Con los resultados del anlisis numrico contenidos en el documento de Luna Takeuchi (Luna, Takeuchi, 2012) se obtuvo la informacin necesaria para la etapade diseo de conexiones de la presente investigacin .

COLUMNA

20x20

COLUMNA

20x20D

IAG

ONAL10x10

DIAGO

NAL10x10

135.58 Kg/m2

Tbleros OSB = 36.00 Kg/m2

Viguetas Madera = 11.25 Kg/m2

Divisiones Livianas = 87.80 Kg/m2

Acabado en Madera = 0.53 Kg/m2

180.00 Kg/m2

Residencial = 180.00 Kg/m2

Muertas

Vivas

ANALISIS DE CARGA ENTREPISO

25.65 Kg/m2

Peso Triplex = 2.40 Kg/m2

Viguetas Madera = 11.25 Kg/m2

Teja Termoacustica = 12.00 Kg/m2

180.00 Kg/m2

Residencial = 180.00 Kg/m2

ANALISIS DE CARGA CUBIERTA

Muertas

Vivas


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DISEO DE CONEXIONES

En trminos generales la estructura de guadua laminada est conformada por tresprticos resistentes a momento2 y los dems elementos y diagonales se unen

mediante conexiones que no trasmiten momento; esta situacin se ilustra en lafigura 12 donde los prticos se identifican con color rojo y los dems elementos encolor verde.

Figura 12: Identificacin de prticos resistentes a momento

Como parte de la simulacin y siguiendo la concepcin de prticos de la estructurase definieron elementos con uniones a momento y otros con uniones articuladas,en la figura 13 se pueden apreciar en cada piso las uniones donde no haytransferencia de momentos (articulaciones), representados con los puntosresaltados de color naranja. Se observa que las vigas que unen los prticos, noasumen momentos en sus extremos, al igual que todas las diagonales yelementos que conforman las cerchas planas de los costados laterales de laestructura.

2 El prtico ms a la izquierda de la figura 16 es inclinado y recibe el nombre de prtico 3, el que seencuentra en el medio es el prtico 2 y el de la derecha el prtico 1.


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a b

c

a (Estructura piso 2), b (Estructura cubierta), c (Vista lateral)

Figura 13: Puntos de no transmisin de momentos

Con base en su funcionamiento las conexiones se dividieron en tres grupos

identificados en la figura 14: conexiones resistentes a momento (conexin P2-T2)3

,conexiones no resistentes a momento (C1-T6)4 y conexiones de empates entreelementos (D1-T1)5.

3 Conexin tipo 2 perteneciente al prtico No. 24 Conexin tipo 6 perteneciente a la cercha No. 15 Conexin de empate tipo 1 de la diagonal No. 1


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Figura 14: Identificacin de los 3 tipos de conexiones estudiadas

Con los resultados obtenidos a partir de la simulacin numrica6, fue posible

encontrar la condicin de esfuerzos en las que se encontraban las uniones entreelementos estructurales de la casa y de esta manera disear una conexin queestuviera en capacidad de soportar estos esfuerzos y garantizar la estabilidad dela misma.

6 Resultados de la envolvente, que corresponde a la unin de las combinaciones de carga Anexo.1

P2-T2

C1-T6

D1-T1


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A continuacin se dar la explicacin del procedimiento de diseo de cada uno deestos tres grupos de conexiones, tomando en consideracin una conexinrepresentativa de los mismos, en el anexo C se encuentra las tablas de diseo decada una de las conexiones de la vivienda.

Ejemplo de revisin conexiones resistentes a momento

Como conexin representativa de este grupo se tom la denominada P2-T2 en lafigura 14, la cual se puede observar con ms detalle en la figura 15

a b cConexin Tipo 2 del prtico 2 (P2-T2)

7

Figura 15: Identificacin de conexin resistente a momento

Como medida inicial se procede a la identificacin de los elementos a conectar, esdecir conocer las secciones, la ubicacin de las mismas y las cargas mximasencontradas para cada uno de estos.

En la figura 16 se ilustra un esquema de la conexin, as como el nmero delelemento8 (correspondiente al modelo de ETABS) y las solicitacionesencontradas con la envolvente generada por ETABS, con las cuales se procedial diseo.

En la tabla 14 se observan las caractersticas de las secciones a conectarteniendo en cuenta que en el rea de conexin la columna es maciza.

7 Las fotos corresponden a la prueba de carga donde nicamente se ensayaron los prticosverticales mas no el prtico inclinado.8 Elemento B117 corresponde a la viga de conexin

Elemento C-2 corresponde a la columna de la conexin


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Figura 16: Esquema de Carga de los elementos de la conexin P2-T2

(B-Base, H-Altura, E-Espesor de pared seccin cajn)

Tabla 14: Caractersticas de los elementos a conectar

Una vez definida por completo la conexin, se procedi a evaluar cada uno de loselementos teniendo en cuenta parmetros como tipo de madera, cargasadmisibles, tipo de cizallamiento, nmero de pernos etc.

Los valores para numero de pernos y posicionamiento de los mismos se realizsiguiendo los lineamientos dados por el Manual de Diseo de Maderas del Grupo

Andino (JAC,1986), mientras que el diseo de las platinas de unin se ejecut conlos parmetros de la Norma Sismoresistente NSR 98 (AIS, 1998).

Eleccin del tipo de madera

Ya que el bamb guadua laminada como tal no se considera una madera y portanto no est especificada en el manual de diseo usado se procedi a laclasificacin de la misma segn el comportamiento mecnico determinado en el

13.49 kN 16.08 kN*m

42.31 kN

= Hviga


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ensayo de probetas de este material en investigaciones previas; encontrando quelas secciones de bamb guadua laminado a conectar presentan uncomportamiento mecnico similar al de una madera tipo B, la cual segn la NSR-98 (AIS, 1998) resiste los esfuerzos admisibles mostrados en la tabla 15.

(Fb-Flexin, Ft-Tensin Paralela, Fc-Compresin Paralela, Fv-Corte Paralelo)

Tabla 15 Esfuerzos Admisibles Madera Tipo B (MPa)

FUENTE: (AIS,1998)

La ubicacin del bamb guadua laminada dentro de un grupo de maderasconocido, permiti encontrar los valores mximos de resistencia de los elementosestudiados.

Determinacin de la carga admisible.

Tal como se observ en la tabla 14 los dos elementos a conectar (viga y columna)son de 20 cm de ancho, lo que permiti una vez conocido este valor ingresar a latabla 12.79 (Anexo B) de la referencia No. 7 (JAC, 1986) y en funcin del dimetro

del perno encontrar la carga en cada una de las direcciones (paralela yperpendicular a la fibra).

Ya que la tabla 12.7 mencionada anteriormente solo posee valores de ancho hasta10 cm, se realiz una extrapolacin de los datos mediante una aproximacinlineal, obteniendo los valores para los anchos requeridos, en este caso 20 cm ypara cada uno de los dimetros de pernos a usar en la conexin. Las graficas 7-10, muestran esta aproximacin lineal con base al Anexo B.

Mediante la interpolacin mostrada en las graficas7-10 (aplicado a los tres tipos de

madera) se encuentran los valores de carga admisible para longitudes de 20 cm,representados en la tabla 16.

9 Cargas admisibles para uniones empernadas, doble cizallamiento, la cual aplica para este casodebido a que los elementos a conectar estn en medio de dos platinas metlicas.


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(l = espesor del elemento a unir, d = dimetro en cm y in respectivamente, l/d = relacin espesordimetro, P =carga paralela a la fibra, Q = carga perpendicular a la fibra)

Tabla 16: Valores de carga admisible para longitudes de 20 cm segn tipo de madera ydimetro del perno.

Grfica 7: Interpolacin Lineal EsfuerzosAdmisibles Madera Tipo BPernos

Grfica 8: Interpolacin Lineal EsfuerzosAdmisibles Madera Tipo BPernos 3/8

Grfica 8: interpolacin Lineal EsfuerzosAdmisibles Madera Tipo BPernos 1/2

Grfica 9: interpolacin Lineal EsfuerzosAdmisibles Madera Tipo BPernos 5/8

l d d l/d P Q P Q P Q

cm cm in kg kg kg kg kg kg

0.95 3/8 21.0 1185 603 969 534 631 369

1.27 1/2 15.7 2000 843 1666 707 1104 455

1.59 5/8 12.6 3016 1091 2520 863 1645 512

1.91 3/4 10.5 3050 1039 2355 997 1915 580

TIPO A TIPO B TIPO C

20.0

y = 73.429x + 197.77

y = 34.508x + 17.111

0

200

400

600

800

1000

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0ESFUERZOADMISIBLEPYQ(Kg)

L (cm)

PERNO 1/2 - MADERA TIPO B

Paralela Perpendicular

y = 39.319x + 182.42

y = 25.239x + 29.393

0

100

200

300

400

500

600

700

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0ESFUERZOADMISIBLEPYQ

(Kg)

L (cm)


Paralela Paralela

y = 34.5x + 66.5

y = 28x + 2.6667

0

50

100

150

200

250

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

ESFUERZO

ADMISIBLEPYQ(Kg)

L (cm)


Paralelo Perpendicular

y = 117.52x + 169.86

y = 42.992x + 3.60950

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0

ESFUERZOADMISIBLEPYQ(Kg)

L(cm)




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Grfica 10: interpolacin Lineal Esfuerzos Admisibles Madera Tipo B Pernos 3/4

y = 67.5x + 1004.8

y = 50x - 3

0

500

1000

1500

2000

0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0

ESFUERZO

ADMISIBLEPYQ

(Kg)

L(cm)




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Determinacin del nmero de pernos.

Una vez estimada la carga resistida por la seccin en funcin de la direccinde aplicacin de la fuerza se puede determinar el nmero de pernosrequeridos para la conexin, para ello se realiza el cociente de la cargaaplicada10 y la carga resistida (ecuaciones 1 y 1a) encontrando as el nmerode pernos para el caso de la columna (carga paralela) y la viga (cargaperpendicular) respectivamente.

Con el fin de aplicar estas ecuaciones es necesario primero asumir undimetro de perno a usar, para este caso se asumen pernos de 3/8 para lacolumna y de 1/2 para la viga.

Como se observa, se requirieron cinco pernos en la columna para dar laresistencia de diseo a la conexin, estos pernos se localizaron porconveniencia en dos filas pero, con el fin de mantener la simetra, secolocaron tres pernos por cada fila, llegando a un total de seis pernosubicados en la columna.

Para el caso de la viga se encontr que el nmero de pernos necesario eranueve, esto debido a que la resistencia es menor por la direccin deaplicacin de carga, por lo tanto se usaran tres pernos en tres filas.

10 La cual se obtiene para el caso de la columna como el valor de la carga axial en Kg(42310 N/9.81 = 4312.9 Kg) y para la viga el cortante mas el momento convertido en fuerzapor medio de la excentricidad, este valor tambin en Kg.


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Tabla 17: Factor De Reduccin De La Carga Admisible En Funcin Del Nmero DePernos Por Lnea Paralela A La Direccin De La Carga Aplicada

FUENTE: (JAC,1986)

Esta disposicin de tres pernos por fila generar una reduccin de la cargaadmisible por efecto de grupo de pernos, ya que los valores de la tabla del

Anexo B corresponden a valores para uniones de un solo perno. Por estarazn se consideran unos factores de reduccin de la carga como se indican

en la tabla 17.

En vista de que en la conexin (para viga y columna) se ubicaron tres pernospor lnea y ya que esta es una seccin con elementos laterales de acero(platinas) el factor de reduccin fue 0.94, por tanto la carga admisible (Padm)es el producto de la anterior carga admisible, Padm, por el factor dereduccin (Ecuaciones 2 y 2a)

Una vez modificada la carga admisible fue necesario recalcular el nmero depernos a usar en cada elemento de la conexin, como se observa en lasecuaciones 3 y 3a.

Como se observa, la reduccin por efecto de grupo no aument el nmero depernos necesarios por lo que se mantuvo la disposicin inicial de estos tantopara viga como para la columna.

2 3 4 5 6

1 1.00 0.92 0.84 0.76 0.6

2 1.00 0.94 0.87 0.80 0.7

Uniones con elementos laterales de madera

Uniones con elementos laterales de acero

Numero de Pernos Por linea


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Cabe aclarar que las cargas usadas son las mismas del esquema de la figura16, solo que en Kg y para el caso de la viga la carga fue afectada por elmomento y la excentricidad11.

Espaciamientos mnimos entre pernos.

Una vez determinado el nmero de pernos se hallaron los espaciamientosmnimos entre estos, lo cual determin el tamao de la platina a usar y apartir de all se verific si estos caben dentro de la seccin a conectar, de locontrario habra sido necesario reestimar el nmero de pernos de laconexin.

Los espaciamientos dependen de la direccin de aplicacin de la carga y delsentido en el que se evale dicho espaciamiento (tabla 18), de tal maneraque las distancias entre perno y perno y, perno y borde sean las necesariaspara desarrollar completamente la capacidad de los pernos y en s de laconexin como un todo.

(S = separacin, D = Distancia, l/d = relacin espesor dimetro, d =dimetro del perno)Tabla 18: Espaciamientos Mnimos Para Pernos

Mediante el uso de la tabla 18, se determin que para la columna (cargaparalela) se requieren las separaciones consignadas en la tabla No. 19

11 Excentricidad calculada como el cociente entre el momento de la viga y la carga axial de lacolumna.

Carga Con

respecto a la fibra

Sentido de la

SeparacinFactor a Considerar

Factor a

ConsiderarMultiplicador

del diametroS entre pernos 1 4

D. al extremo en tracc 2 5

D. al extremo en comp. 3 4

S. entre lineas de pernos 4 2

D. a bordes 5 2

S. entre lineas de pernos 4

1 l/d6 5 d

3 2


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(S en milmetros)Tabla 19: Espaciamientos Mnimos Para Pernos de Columna conexin P2-T2

Para el caso de la viga, por ser carga perpendicular, las separaciones son lasilustradas en la tabla 20

(S en milmetros)Tabla 20: Espaciamientos Mnimos Para Pernos de Viga conexin P2-T2

Revisin de las Platinas Metlicas.

Mediante los pasos anteriores se determin la cantidad de pernos en funcinde la seccin y el material, y los espaciamientos, sin embargo, ya que la

conexin est compuesta por platinas metlicas es pertinente revisar laresistencia de las mismas, de tal manera que ni la guadua ni la platinaalcancen la falla, conservando as la integridad de la conexin diseada.

Por lo tanto haciendo uso de la teora de esfuerzos admisibles contenida enel Ttulo F de la Norma Sismoresistente NSR-98 (AIS, 1998) las platinas serevisaron por sus estados lmites de fluencia en rea total, fractura en reaneta, aplastamiento y bloque cortante, as como la resistencia de losconectores (pernos).

Factor a ConsiderarS -

Espaciamiento

S entre pernos 38

D. al extremo en tracc 48

D. al extremo en comp. 38S. entre lineas de pernos 19

D. a bordes 19

Factor a ConsiderarS -

Espaciamiento

S entre pernos 51

D. al borde cargado 51

D. al borde no cargado 25


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a. Fluencia en rea total

Se procede inicialmente determinando el tamao de la platina a usar (figura17) en funcin del nmero de pernos y su ubicacin, para ello se tiene en

cuenta el ancho del elemento a conectar razn por la cual se tom un anchode 20 cm con el cual se cumple ampliamente las distancias entre pernos y seasumi un espesor de platina 3/8 cuyo material es acero ASTM-36.

Figura 17: Platina usada para conectar el elemento viga de la conexin P2-T2(PER= perforaciones)


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Una vez determinadas las dimensiones se procede al clculo del rea total Ag queestar dada por el producto entre el ancho de la platina (200mm) y su espesor(9.53mm), ecuacin 4.

Haciendo uso de los esfuerzos admisibles se halla la carga admisible de la platina(Fadm) como 0.6 veces el esfuerzo de fluencia del material Fy en el rea total Ag,como se muestra en la ecuacin 5, donde se comprueba que la resistenciaaportada por la platina es mayor que la requerida.

b. Fractura en rea neta

Este estado lmite de la platina est determinado como 0.45 veces el esfuerzoultimo del material Fu en el rea neta An (ecuacin 6), la cual se calcul como semuestra en la tabla 21.

Tabla 21: Clculo de rea neta en platina de viga conexin P2-T2

(D= dimetro, A = rea, Agujeros estndar)

c. Aplastamiento

La carga admisible de aplastamiento es funcin del tipo de agujero utilizado, quepara este caso es un agujero estndar, lo cual implica que la fuerza de diseo

estar dada por 1.2 veces el esfuerzo ltimo del material multiplicado por el reade la perforacin Ap.

No. PERNOS DIAMETRO D. PERFOR D. TOTAL ESPESOR PLATINA AREA PERF. A.TOTAL A. NETA

mm mm mm mm mm2 mm2 mm2

3 12.7 1.6 14.3 9.5 136.2 1905.0 1496.4


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d. Bloque de cortante

Debido a que este estado lmite se presenta por la generacin de un plano decorte a tensin y otro a compresin de una trayectoria determinada, se hallaron las

reas totales y netas a tensin y a compresin de estos planos tal como seconsigna en la tabla 22 y se aplican las ecuaciones 7 y 7a para determinar laresistencia ltima aportada por la platina.

(Agv= rea total a cortante, Anv = rea neta a cortante, Agt = rea total a tensin, Ant = rea neta a

tensin)Tabla 22: Clculo de rea total y neta en bloque cortante de platina de viga conexin P2-T2

e. Revisin de conectores a corte

La carga admisible de los pernos Rvn est dada por la calidad y el rea de losmismos as como los planos de corte y la cantidad de ellos que se encuentrenpresentes en la conexin, siendo la carga admisible el producto del rea de pernos

Ap, por el esfuerzo ltimo a corte de los mismos y por la cantidad de ellos, losdatos obtenidos tanto para vigas como para columnas estn consignados en latabla 23.

Agv (mm2) 967.7

Anv (mm2) 627.2

Agt (mm2) 899.6

Ant (mm2) 831.5


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Tabla 23: Resistencia de diseo a corte de los pernos de la conexin P2-T2(P= carga solicitada, Ap= rea de pernos A325, Fv = esfuerzo admisible a corte de pernos, Rv

=carga admisible)

Ejemplo de revisin conexin en cercha plana.

Tal como se explic el diseo de la conexin a momento se proceder con una

que pertenezca a una cercha plana, como la ilustrada en la figura 18. En dichaconexin las diagonales y paral solo tienen fuerza axial y las vigas tienen unaunin resistente a corte nicamente.

Figura 18: Conexin a corte C1-T8

Los pasos seguidos en este diseo corresponden a los usados en la conexin amomento, por lo tanto solo se indicarn los resultados obtenidos.


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En la figura 19, se ilustra un esquema de la conexin, as como el nmero delelemento12 (correspondiente al modelo de ETABS) y la carga mximaencontrada con la envolvente generada por ETABS.

Figura 19: Esquema de Carga de los elementos de la conexin C1-T8

(B-Base, H-Altura, E-Espesor)


12

Elementos B13, B14 y los del la cercha del lado opuesto B12, B36 corresponden a la viga deconexinElementos D119 y D6 y los de la cercha del lado opuesto D121 y D22 corresponde a la diagonal

principal (mayor) de la conexinElementos D7y D10 y los de la cercha del lado opuesto D24 y D26 corresponde a la diagonal

secundaria (menor) de la conexinElemento C9-1 y el de la cercha del lado opuesto C3-1 corresponde a la columna de la conexin

B (cm) H (cm) E (mm)

VIGA 5 20

DIAG PRINCIPAL 15 20 H

DIAG SECUND 10 10

COLUMNA 10 10 B

DIAG SECUND(10X10X)

VIGA (5X20X)

DIAG PRINCIPAL(15X20X)

COLUMNA(10X10X)

= Hviga

H

B

DIAG SECUND(10X10X)

VIGA (5X20X)

DIAG PRINCIPAL(15X20X)

COLUMNA(10X10X)


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Eleccin del tipo de madera.

Madera Tipo B


Para la viga de ancho13=5 cm usando pernos de 3/8 se obtienen los resultados decarga admisible de la tabla 25

(P =carga paralela a la fibra, Q = carga perpendicular a la fibra)Tabla 25: Cargas admisibles para viga conexin C1-T8

Para la diagonal de B=15 cm (Diagonal principal) usando pernos de 3/8 seencuentran los valores consignados en la tabla 26

(P =carga paralela a la fibra, Q = carga perpendicular a la fibra)Tabla 26: Cargas admisibles para diagonal principal conexin C1-T8

Para la diagonal de B=10 cm (Diagonal Secundaria) usando pernos de 3/8 se

encuentran los valores consignados en la tabla 27.

(P =carga paralela a la fibra, Q = carga perpendicular a la fibra)Tabla 27: Cargas admisibles para diagonal secundaria conexin C1-T8

13 B= lpara usar la tabla del anexo B

P (Kg) Q (Kg)

420 168

P (Kg) Q (Kg)

772 408

P (Kg) Q (Kg)

544 270


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Determinacin del nmero de pernos.

Pernos en la Viga:6 Pernos

Pernos en la Diagonal Principal:6 Pernos.

Pernos en la Diagonal Secundaria:3 Pernos.

Espaciamientos mnimos entre pernos.

Para el Caso de la Viga los resultados encontrados se observan en la tabla 28

(S = separacin, D= distancia, separacin dada en mm)Tabla 28: Espaciamientos mnimos para pernos en viga conexin C1-T8

En el caso de las diagonales estos datos se encuentran en la Tabla 29

(S = separacin, D= distancia, separacin dada en mm)Tabla 29: Espaciamientos mnimos para pernos en diagonales conexin C1-T8

Revisin de las platinas metlicas.

Se revisan las platinas de la misma manera explicada anteriormente, asegurandoque la platina y los pernos darn la resistencia requerida por la conexin. Elejemplo se hace para la platina de ancho menor y/o condicin ms crtica.

S. entre lineas de pernos 19

D. a bordes 19


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a. Fluencia en rea total (tabla 30)

Tabla 30: Resistencia en rea total conexin C1-T8

b. Fractura en rea neta (tabla 31)

(D= dimetro, A = rea, Agujeros estndar)Tabla 31: Clculo de rea neta en platina de conexin C1-T8

Tabla 32: Clculo resistencia en rea neta platina de conexin C1-T8

c. Aplastamiento (tabla 33)

Tabla 33: Clculo resistencia aplastamiento platina de conexin C1-T8

d. Bloque cortante

(Agv= rea total a cortante, Anv = rea neta a cortante, Agt = rea total a tensin, Ant = rea neta atensin)

Tabla 34: Clculo de rea total y neta en bloque cortante de platina de conexin C1-T8

635.0 94.6

AREA TOTAL

(mm2)

RESISTENCIA

(kN)

85

RESISTENCIA DE

DISEO kN

Rn (Kn) 58.0

Agv (mm2) 458.2

Anv (mm2) 352.2

Agt (mm2) 422.8Ant (mm2) 387.5

No. PERNOS DIAMETRO D. PERFOR D. TOTAL ESPESOR PLATINA AREA PERF. A. TOTAL A. NETA

mm mm mm mm mm2 mm2 mm2

3 9.5 1.6 11.1 6.4 70.6 635.0 423.1


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(Fv= resistencia a cortante, Ft = resistencia a tensin)Tabla 35: Resistencia bloque cortante de platina de conexin C1-T8

e. Evaluacin de conectores a corte

(P= carga solicitada, Ap= rea de pernos A325, Fv = esfuerzo admisible a corte de pernos, Rv=carga admisible)

Tabla 36: Clculo de resistencia a corte de los pernos de la conexin C1-T8

Ejemplo de revisin conexin no resistente a momento.

Al igual que existan conexiones a momento tambin se evalu conexiones noresistentes a momento, para este caso en particular, se diseara la conexin

denominada C1-T6 en la figura 14 la cual se ilustra en la figura 20.

Figura 20: Conexin no resistente a momento C1-T6

Procedimentalmente, es igual el diseo de una conexin resistente a momento auna que no, la nica variacin se encuentra en el tipo y asignacin de carga, por lo

Fv (Kn) 42.3

Ft (Kn) 48.1


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tanto no se explicar nuevamente el procedimiento de diseo sino que solo seplasmaran los valores encontrados mediante el procedimiento antes desarrollado.

En la figura 21 se ilustra un esquema de la conexin, as como el nmero del

elemento14 (correspondiente al modelo de ETABS) y la carga mximaencontrada con la envolvente generada por ETABS.

Figura 21: Esquema de Carga de los elementos de la conexin C1-T6

(B-Base, H-Altura, E-Espesor)


Repitiendo el proceso de la conexin resistente a momento se obtienen lossiguientes resultados.

14 Elementos B126, B34 y los del la cercha del lado opuesto B12, B13 corresponden a la viga deconexin

Elementos C8 y 8-1 y los de la cercha del lado opuesto C 2 y 2-1 corresponde a la columna dela conexin

8.46 kN 7.30 kN

42.31 kN

B (cm) H (cm) E (mm)

VIGA DERECHA 5 20

VIGA IZQUIERDA 5 20 H

COLUMNA 20 20

B

VIGA IZQUIERDA(5X20X)

COLUMNA(20X20X)

VIGA DERECHA(5X20X)


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Eleccin del tipo de madera

Madera Tipo B


Para la viga de B=5 cm usando pernos de 3/8 se obtienen los resultados de car

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