Comportamiento Estructural

La guadua posee fibras longitudinales con una alta resistencia a la tracción. Se ha llegado a encontrar en ensayos de latas de guadua de la pared externa sin nudos, una resistencia a la tracción promedio de 2561 kg/cm2; resistencia bastante alta si se tiene en cuenta que el acero A36 tiene un esfuerzo de fluencia de 2530 kg/cm2 y un esfuerzo último del orden de 4000 kg/cm2; por esta razón se conoce a la guadua como el acero vegetal. En el mismo estudio, se encontró una resistencia a la tracción promedio en fibra externa con nudo de 1647 kg/cm2, en fibra completa sin nudo de 1562 kg/cm2 y en fibra completa con nudo de 873 kg/cm2 . La resistencia a la tracción en la pared externa es más alta que en pared completa, debido a dos razones: la primera de ella es que la parte exterior es dura debido a incrustaciones de sílice, lignina y cutina y la segunda se debe a que la cantidad de fibras es mayor en la parte externa de la guadua que en la parte interna.

Por otro lado, la resistencia a la tracción en latas con nudo es menor que sin nudo, debido a que el nudo es la parte débil de la guadua, aspecto tenido en cuenta en el parágrafo 8.5.2. de la propuesta de normas internacionales para ensayos del bambú, “Inbar Standar for determination of physical and mechanical properties of bamboo”  en el que se especifica que las probetas para el ensayo a tracción paralelo a las fibras debe tener un nudo. También se menciona la menor resistencia de probetas a tensión con nudo en “Laboratory manual on testing methods for detemination of physical and mechanical properties of bamboo”

La guadua macana4 tiene una sección transversal circular hueca con diámetro de 7 a 15 cm y espesor de pared de 0.9 a 1.2 cm (foto no 3). Al tener esa sección transversal, tiene una gran inercia con respecto a su área. Por tanto, para elementos de guadua solicitados a compresión con longitudes hasta de 3 m, la relación de esbeltez con respecto a cualquier eje que pase por su centro no es muy grande.

Por ser un elemento cerrado de gran inercia, al estar solicitado a flexión, no tiene problemas de inestabilidad por pandeo flexotorsional.Igualmente, por tener una sección transversal tubular, la guadua es altamente resistente a la torsión, es por esto que los cordones superior e inferior de algunas armaduras con uniones excéntricas de diagonales, como la ilustrada en la foto No 4, no fallan por torsión.

Sin embargo a pesar de todas las ventajas en el uso de la guadua como material estructural solicitado a tracción paralela a sus fibras, compresión, flexión y torsión mencionadas anteriormente, no hay que olvidar que la guadua por su misma naturaleza, no es un material homogéneo con comportamiento isotrópico.

La guadua está formada por fibras longitudinales fuertes, pero a diferencia de la madera no tiene fibras radiales que unan las fibras longitudinales, las cuales están simplemente pegadas por pectina, en una matriz de lignina relativamente débil y blanda lo que hace que la resistencia a la tracción perpendicular de la guadua sea muy pequeña. Esta pobre resistencia a la tracción limita la resistencia a la compresión paralela a las fibras en columnas cortas porque al aplicar la fuerza vertical, se presenta una fuerza radial horizontal (poisson) hacia afuera que separa las fibras debido a que no existe un mecanismo lo suficientemente fuerte, que las mantenga unidas. Los tabiques ayudan en cierta medida, pero al tener un comportamiento pobre a esfuerzos de tracción en su plano, simplemente se rompen, permitiendo la falla de compresión paralela a las fibras por la separación de las fibras

Por la anterior razón, la resistencia a la compresión paralela a las fibras es menor que la resistencia a la tracción de la guadua (por lo menos en un 25%), aún considerando fibra completa y nudo. En su estudio Martín y Mateus encontraron esfuerzos máximos a compresión paralela a la fibra de 662 kg/cm2, para una humedad del 12% y una edad comprendida entre 3 y 5 años, López y Silva6 encontraron valores promedio de esfuerzos últimos en columnas cortas de 438 kg/cm2 y mínimos de 280 kg/cm2, Martínez Cáceres7 encontró valores de esfuerzos últimos de 343 kg/cm2 y Uribe y Durán valores promedio de esfuerzos últimos de 504 kg/cm2, mínimos de 376 kg/cm2 y máximos de 618 kg/cm2.

También la resistencia a la compresión perpendicular a las fibras (aplastamiento) es muy baja, Martínez Cáceres encontró valores de esfuerzos últimos en guadua macana de apenas 23 kg/cm2 (ni siquiera alcanza la décima parte de la resistencia a la tracción paralela a las fibras) Al aplicar carga a un cilindro hueco este se deforma y debido a la poca resistencia a la tracción perpendicular a las fibras. Cuando el elemento trabaja a compresión perpendicular a las fibras, el comportamiento mejora si se le da un confinamiento a la guadua. Este confinamiento restringe en alguna medida la deformación lateral. Sánchez y Prieto encontraron en ensayos con dispositivos de carga y apoyo circulares que la carga última promedio aumentó con respecto a la utilización de dispositivos de carga y apoyo plano.

La resistencia al corte paralelo a las fibras, es baja. En el trabajo de Clavijo y Trujillo  en ensayos de rasgamiento con tornillo donde hubo dos planos de falla, se encontró un esfuerzo cortante promedio de 42 kg/cm2; López y Silva encontraron en ensayos de corte directo un valor mínimo de 43 kg/cm2 y un valor promedio de 69 kg/cm2 y Sánchez y Prieto encontraron valores de esfuerzo al 0.05 de 47 kg/cm2 al calcular el esfuerzo cortante en vigas cortas con longitudes menores de 1 m, simplemente apoyadas con carga en los tercios. Todos estos valores cercanos entre sí indican que la resistencia al corte no alcanza tampoco la décima parte de la resistencia a tracción en dirección paralela a las fibras.

Fuente: Revista Ingenieria e Investigación, N° 55, septiembre 2004