Determinación de los esfuerzos últimos de la Guadua Angustifolia en la región andina de Colombia correlacionada con variables de clima

Abstract

[ES] En el año 2010, el Reglamento colombiano de construcción sismoresistente (NSR-10) estableció el procedimiento de diseño basado en el método de los esfuerzos admisibles para utilizar la Guadua angustifolia Kunth como material de construcción. En la región Andina de Colombia hay gran presencia de bosques naturales de Guadua. Sin embargo, las condiciones geográficas y ambientales (temperatura, pluviosidad, altura sobre el nivel del mar, etc.) dificultan el aprovechamiento de este material para la construcción. Más aún, su localización se encuentra principalmente en lugares de difícil acceso, generando, además de una gran dispersión en sus propiedades físico mecánicas, grandes costes económicos asociados a la caracterización mecánica del material para su uso en aplicaciones estructurales. Por ello, nace la necesidad de plantear un sistema simplificado que permita estimar las propiedades mecánicas de la Guadua, que se pueda ejecutar en cualquier lugar remoto y que también reduzca los costes asociados al transporte de muestras y pruebas de laboratorio. Esta tesis doctoral propone una metodología que permite determinar las características mecánicas de la Guadua angustifolia que crece en la región Andina de Colombia. Se ha llevado a cabo una amplia campaña experimental donde se realizaron 2917 ensayos de laboratorio que tuvieron en cuenta variables como la procedencia, la temperatura y la pluviosidad, así como el diámetro y espesor de pared del tallo. Con ayuda de análisis estadísticos que permitieron eliminar los datos atípicos obtenidos de los ensayos, se han evaluado las propiedades mecánicas de la Guadua: resistencia a tracción, compresión, corte y flexión. Dichas variables se han correlacionado mediante modelos estadísticos para así determinar su relación con los esfuerzos mecánicos resultantes de la campaña experimental. Estos modelos estadísticos, basados y calibrados con multitud de datos experimentales, han perseguido la predicción de los valores de esfuerzo últimos del material antes de su extracción en el bosque y directamente desde un trabajo sencillo de campo. Los resultados y conclusiones alcanzadas en esta tesis doctoral serán de gran utilidad para científicos, arquitectos, ingenieros y constructores en general, ya que permitirán estimar propiedades de la Guadua de una manera económica, precisa y rápida.

[CA] L'any 2010 el reglament Colombià de construcció sismeresistent (*NSR-10) estableix el procediment de disseny basat en el mètode dels esforços admissibles, per a utilitzar la Guadua angustifolia Kunth com a material de construcció. A la regió Andina de Colòmbia hi ha gran presència de boscos naturals de guadua. Però les condicions geogràfiques i ambientals (ex. temperatura, pluviositat, altura sobre el nivell de la mar, etc.) dificulten el seu aprofitament com a material constructiu. Més encara, la seua localització està principalment en llocs de difícil accés no sols generant una gran dispersió en les seues propietats físic mecàniques, sinó també els costos associats per a identificar la seua resistència per a aplicacions estructurals. Com a conseqüència directa, naix la necessitat de plantejar un sistema simplificat que permeta estimar aquestes propietats que no sols es puga executar en el lloc concret de la plantació, sinó que també reduïsca els costos de transport i proves de laboratori. Aquesta tesi doctoral proposa una solució que permet determinar les característiques mecàniques de la Guadua angustifolia Kunth que creix a la regió andina de Colòmbia. Per a això, en primer lloc, es van realitzar 2917 assajos de laboratori relacionant variables com l'origen d'extracció, la temperatura i pluviositat, i el diàmetre i grossària de paret de la tija. Amb aquests assajos, i amb ajuda de l'estadística per eliminar dades atípiques, es caracteritzaren les propietats mecàniques de la guadua com la seua resistència a la tracció, compressió, tallant i moment. Posteriorment, amb tots aquests resultats, es va modelar estadísticament les relacions entre les variables considerades i els esforços mecànics. El propòsit d'aquests models ha sigut el de predir valors d'esforços últims d'aquest material en camp abans de l'extracció i de la realització de qualsevol assaig mecànic. Aquests models són de gran importància perquè científics, arquitectes, enginyers i constructors en general, puguen estimar propietats de la guadua d'una manera econòmica, precisa i ràpida.

[EN] During 2010, Colombian seismic-resistant regulation for construction (NSR-10) established the design procedure using the admissible load method to use Guadua Angustifolia Kunth as a construction material. At the Colombian Andean region, there are a large number of Guadua forests. However, the geographical and environmental conditions (e.g. temperature, rainfall, height above sea level, etc.) limits its exploitation as a construction material. Moreover, these forests are mainly found at remote locations with difficult access, not only making its physical and mechanical properties greatly scattered but also increasing the costs related to identifying its strength for structural applications. As a direct consequence, the necessity of a simplified system that ease the estimation of these properties emerges, not only to foster on-field testing but also to reduce transport and laboratory testing costs. This doctoral thesis proposes one solution to determine the mechanical properties of the Guadua Angustifolia Kunth that grows at Colombian Andean region. For this, 2917 laboratory tests were done to relate variables such as the origin, temperature and rainfall, and the stem diameter and thickness. From this first part of the study, mechanical strength properties of the guadua such as tension, compression, shear and bending were determined with the help of statistical filters to eliminate the abnormal data from tests. Then, all this data was used to statistically model the relationship within the variables and the mechanical strength. The goal of these models is to predict mechanical ultimate strength at the field without doing physical extraction or mechanical tests. These models will enable scientists, architects and, in general, anyone in the construction sector to easily estimate the guadua's mechanical properties in a cheaper, accurate and efficient manner.