Presentacion Aplicacion de Guadua Laminada Jul 2005

APLICACIN DE GUADUA LAMINADA PEGADA EN

ARQUITECTURA Y DISEO INDUSTRIAL

ARQ. LUZ MONICA DURAN GUTIERREZUNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

TALLER DE ARQUITECTURA Y DISEO EN GUADUA

Investigacin Participacin en eventos Diseo y consultoras

CONTENIDO

ESTUDIO SOBRE GUADUA LAMINADA PEGADA Y SU APLICACIN EN SISTEMAS TENSEGRITY

GUADUA LAMINADA APLICADA EN UN SISTEMA DE RETICULADO PLANO

MATERIAL COMPUESTO: PLASTIGUADUA

APLICACIONES DE LAMINADOS EN DISEO INDUSTRIAL

GUADUA LAMINADA PEGADA

PROCESAMIENTO INDUSTRIAL

DE LA GUADUA (MATERIA

PRIMA)

CONCEPTOS BASICOSMADERA LAMINADA

Proceso con el que: Se extraen las partes mas perfectas de la madera: se

quitan los nudos e imperfecciones Se elaboran laminas de madera y se pegan Se componen diversas secciones, longitudes y formas para

diferentes usos, ampliando las capacidades de la madera en su estado natural.

CONCEPTOS BASICOSQUE ES GUADUA LAMINADA?

Laminas de guadua son resultado de la divisin del tallo mediante un radial o una sierra paralela, se extrae lo mejor del material.

Se someten a un proceso similar al de la madera. Se aplica la filosofa de la madera laminada pegada,

conformacin de secciones perfectas, con la eliminacin de defectos y el aumento de las propiedades fisico - mecnicas

CONCEPTOS BASICOSQUE ES GUADUA PLASTIGUADUA?

Es un plstico reforzado con fibras de Guadua; est embebido en una matriz polimrica

Matriz: plstico y refuerzo: fibras de guadua Funciona bajo el principio de incorporacin de fibras

resistentes y rgidas aunque frgiles, en una matriz mas blanda y dctil


MOBILIARIO URBANO Banca, cabina de telfono y paradero de autobuses. Las propuestas

incorporan la posibilidad de elementos curvos en los laminados de guadua, se incorpora vidrio laminado, textil impermeable y acero inoxidable para los dems elementos de la propuesta.

Se estudian a fondo los factores de diseo (forma, fabricacin, durabilidad, usuario, etc.) Durante el proceso se exploran posibilidades de acabados finales para los laminados de guadua, proceso de maquinado (corte cepillado y prensado) y curvado de los elementos, por medio de vapor y formaleta curva.

Se demuestra la factibilidad de su aplicacin en productos industriales y se permite la visualizacin en usos y formas diferentes a las tradicionales.

PLASTIGUADUA

PLASTIGUADUA Los elementos esenciales que determinan las propiedades de los

materiales compuestos son refuerzo y matriz. Materiales compuestos reforzados con partculas: Contienen

gran nmero de partculas gruesas, estn diseados para aplicaciones poco usuales y no para dar resistencia, ya que el tamao del refuerzo permite el desplazamiento dentro del material compuesto.

Material compuesto reforzado con fibras: El principio de estos compuestos es el de - incluir fibras resistentes y rgidas aunque frgiles, en una matriz blanda y dctil, consiguiendo de esta manera mejor rigidez, resistencia a la fatiga y relacin resistencia-peso -.

Materiales compuestos laminares: Recubrimientos muy delgados, superficies protectoras ms gruesas, laminados estructuras tipo emparedado o sandwich y un sin nmero de aplicaciones, adems de los compuestos reforzados con fibras, producidos a partir de cintas o tejidos pueden entrar en la gama de compuestos laminares.

PLASTIGUADUA OBTENCION DE LA FIBRA DE GUADUA

Fibra Tejida

Fibra MatLAMINARES

Fibra Larga

Fibra CortaFIBRAS

Fibra MolidaPARTCULASFIBROGUADUAMateria Prima

PRESENTACIONESTRUCTURAMATERIAL

PLASTIGUADUA OBTENCION DE LA PLASTIGUADUA

PLASTIGUADUAR PProyectado

PLASTIGUADUAR L Laminado

PLASTIGUADUAR EExtrudoPLASTIGUADUARMaterial compuesto

REFERENCIAPROCESOFABRICACION

MATERIAL

PLASTIGUADUA APLICACIONES

ELEMENTOS ESTRUCTURALESELEMENTOS ESTRUCTURALES - Postes, mstiles. - Muros, revestimientos y cubiertas. ELEMENTOS ARQUITECTONICOSELEMENTOS ARQUITECTONICOS - Divisiones, puertas, escotillas, etc. - Cabina y puesto de mando completo. - Camarotes completos. - Bloques bao o ducha. INSTALACIONESINSTALACIONES - Sanitarias, elctricas, A. Ac. - Depsitos agua, combustibles, etc

PLASTIGUADUA ENSAYOS DE LABORATORIOLos ensayos fueron realizados en los laboratorios del CITEC CENTRO DE INNOVACIN Y

DESARROLLO TECNOLGICO de la Universidad de los Andes, segn las respectivas normas ASTM homologadas para cada caso con las NTC, en equipos calibrados y con mrgenes de confiabilidad acreditados bajo ISO 17025.

PLASTIGUADUAR L es una lmina de material compuesto color amarillo, constituida 50% de fibras de Guadua (FIBROGUADUA F.MAT-01) y 50% de resina polimrica.

PLASTIGUADUAR P es una lmina de material compuesto color caramelo, constituida 33.3% de fibras de Guadua (FIBROGUADUA F.L-01) y 66.6% de resina polimrica.

FIBROGUADUA-PLASTIGUADUAEnvejecimiento UV/ CondesacinEnvejecimiento UV/ Condesacin

PLASTIGUADUAR P

PLASTIGUADUAR LDureza RockwellDureza Rockwell

PLASTIGUADUAR P

PLASTIGUADUAR LImpacto IzodImpacto Izod

PLASTIGUADUAR P

PLASTIGUADUAR LTensinTensin

PLASTIGUADUAR P

PLASTIGUADUAR LFlexinFlexin

MUESTRASENSAYO

PLASTIGUADUA ENSAYOS DE LABORATORIOResultados comparables con fibra de vidrio.Problemas de unin entre fibra y resinaMejoramiento de interface para que interactuen mejor la matriz y el reforzamiento.

GUADUA LAMINADA APLICADA EN UN SISTEMA DE RETICULADO PLANO

RETICULADO PLANO Reticulado plano tipo pratt, (diagonales en solicitud de traccin) los

elementos, barras y diagonales son fabricados a partir de bloques de guadua laminada pegada

RETICULADO PLANO Fabricados a partir de bloques de guadua laminada pegada prensada

RETICULADO PLANO Las uniones con pernos y platinas, se disearon especficamente para

el desarrollo de la aplicacin, una estructura de cubierta completamente desmontable.

RETICULADO PLANO Para el avance en el conocimiento del material se ensayaron muestras

del material ante esfuerzos de traccin compresin y corte

RETICULADO PLANO Luego se construy un prototipo a escala real de las uniones las cuales

fueron sometidas a carga puntual en los nudos

RETICULADO PLANO Se comprob la alta resistencia del material ante traccin y

compresin, la resistencia de las uniones y las ventajas de reemplazar el adhesivo de UF (Resina de urea formaldehdo) por un adhesivo de contacto de PC (policloropreno)

ESTUDIO DE GUADUA LAMINADA PEGADA Y SU APLICACIN EN

SISTEMAS TENSEGRITY

CONCEPTOS BASICOSQUE ES TENSEGRITY?

Concepto desarrollado por arquitecto Robert Buckminster Fuller.

Miembros cortos DISCONTINUOS a COMPRESIN (barras), miembros CONTINUOS a TRACCIN (tensores), balance de esfuerzos.

Isla de compresiones, en un mar de tracciones

Clasificacin: abiertos (necesitan una estructura adicional) y cerrados (son estables en si mismos).

Nudos juegan papel importante encargados de transmitir esfuerzos y contrarrestar vuelco y torsin.

FORMULACION DEL PROBLEMA

Ruptura entre las posibilidades formales del sistema estructural tensegrity, diseo estructural, aplicacin arquitectnica y realizacin.

Maximizacin de cualidades de la guadua y bsqueda de nuevas posibilidades de aplicacin diferente de lo tradicionalmente usado.

POR QUE GUADUA LAMINADA?

Guadua Angustifolia especie nativa de Amrica, apta para construccin.

La guadua crece mas rpido que cualquier especie maderable, capaz de suplir demanda maderera, deforestacin.

Su cultivo requiere un mnimo de inversin.

La guadua en general cumple con un papel determinante en el ecosistema.

Es necesario ampliar el proceso de laminado pegado a la especie y a aplicaciones estructurales.

Bsqueda de maximizacin de las propiedades fsico-mecnicas del material.

POR QUE GUADUA LAMINADA?

Hasta ahora la laminacin de bamb tiene como resultado productos de extraordinaria resistencia, durabilidad, funcionalidad y belleza

POR QUE TENSEGRITY? Sistema que utiliza elementos

CORTOS a compresin, dichos elementos deben responder eficientemente a ste esfuerzo sin excesos de material.

Ofrece una amplia gama de posibilidades formales.

Se clasifica como una estructura liviana, requiere elementos de poco peso.

Existen pocos ejemplos de aplicacin arquitectnica del sistema. Responde a problemas espaciales, constructivos y funcionales.

TECNOLOGIA DEL LAMINADO PEGADOPROCESO DE LAMINACIN Y PEGADO

1. Obtencin de las latas 5. Uniones de canto y cepillado

1. 2. 4. 5. 6.

2. Secado de latas (tablillas)

3. Preservacin4. Cantoneado y cepillado

6. Encolado y prensado7. Acabados

TECNOLOGIA DEL LAMINADO PEGADOADHESIVOS

Eleccin del adhesivo de acuerdo a ciertos factores como: naturaleza de las superficies a unir, estado de la superficie, aplicacin, requerimientos del ensamble, forma del adhesivo, mdulo de elasticidad del adhesivo y del material, resistencia mecnica de la unin, mtodo de aplicacin, temperatura de servicio, entorno qumico, especificaciones propias del adhesivo, entre otras.

En principio las opciones eran pegantes rgidos, como la urea y la melamina, pero no funcionaron. Luego se trabaj con un adhesivo elastmero llamado policloropreno, el cual reduce tiempo de fabricacin de los elementos y se puede mejorar con aditivos.

TECNOLOGIA DEL LAMINADO PEGADOPRUEBAS DE LABORATORIO

Normas ASTM usadas para madera laminada. No hay normatividad especfica

Comprobacin de los adhesivos, en cuanto a su correcto desempeo estructural.

Comprobacin de las propiedades mecnicas.

Comprobacin de la durabilidad.

Resultados se analizan estadisticamente para obtener conclusiones confiables


CORTE PARALELO POR COMPRESION

Criterios para eleccin del adhesivo.

20 probetas con cada pegante.

El rea sobre la que se efecta la prueba es de 20 cm2

NORMA ASTM 905 En los laminados esta

resistencia se debe aumentar con respecto al material en su estado natural.

UREA FORMALDEHIDO Al someter a carga las probetas no se

presentan fallas por la guadua sino por la lnea de pega. La mayor carga que resiste es de 1220 Kg y la menor de 210 kg

El esfuerzo de corte que se alcanza es muy bajo 30 kg/cm2

La rigidez del pegante es bastante alta comparada con respecto a la guadua, cuyo comportamiento es elstico.


PVA Al someter a carga las probetas se

presentan fallas parciales en la guadua. La mayor carga soportada es de 1300kg y la menor es de 350kg.

El esfuerzo de corte promedio que se alcanza es mayor que con la urea, es de 45 kg/cm2

La rigidez del pegante es mucho menor en este caso y se asemeja mas al comportamiento de la guadua.

Este adhesivo tiene problemas con la humedad, y se delamina.


POLICLOROPRENO Al someter a carga las probetas se

presentan fallas por la guadua. La mayor carga soportada es de 1720kg y la mnima de 640kg.

El esfuerzo de corte promedio que se alcanza es mayor que los dos anteriores: 57 kg/cm2.

Este pegante es elstico lo que permite que trabaje en conjunto con la guadua.

Aunque al probarlos fallaron, no se delaminaron totalmente sino que la probeta permaneci unida.


NORMA ASTM 143

Valores de resistencia del material.

Es importante la disposicin de la tablillas para no crear planos de falla

20 probetas

La seccin transversal de cada probeta es de 5*5 cm y su altura es de 20 cm


COMPRESION PARALELA AL GRANO

UREA Al someter a carga de compresin

paralela a la fibra, las probetas casi no presentan daos en la guadua.

La falla mas usual es la delaminacin, y en algunas ocasiones fallas en la guadua como pequeos aplastamiento o pandeo.

Se presentaron casos de esfuerzos muy bajos: 160 kg/cm2. El esfuerzo promedio fue de 340 kg/cm2.

Las cargas aplicadas oscilan entre 3500 kg y 10000 kg, el promedio de carga fue de 6300 kg.

El pegante es demasiado rgido comparado con la guadua.


POLICLOROPRENO Al someter a carga de compresin

paralela a la fibra, las probetas presentan daos en la guadua.

El comportamiento de las probetas es muy bueno, sufren deformaciones y grandes pandeos, pero al retirar la carga, se recupera casi en la totalidad la forma.

Los pandeos siempre se sufren en el elemento debido al armado transversal que poseen.


POLICLOROPRENO El pegante se amolda a todas la

variaciones del material, con unas pequesimas delaminaciones debido al pandeo

Donde hay presencia de nudos en la guadua, falla siempre el material por la discontinuidad en las fibras

El esfuerzo menor que se present fue de 380 kg/cm2 y el mayor de 520 kg/cm2, el esfuerzo promedio fue de 465 kg/cm2.

Las cargas aplicadas oscilan entre 8000 kg y 10500 kg, la carga promedio fue de 9550 kg.


POLICLOROPRENO vs. UREA FORMALDEHIDO La diferencia en las fallas

presentadas al ensayar las probetas de Urea con respecto a las de policloropreno es bastante evidente, no solo en los resultados de resistencia, sino en el comportamiento mismo del material.



SECCION A COMPRESION Es muy importante configurar

una seccin mucho mas simtrica para que los problemas de pandeo se disminuyan

POLICLOROPRENO Se elaboran otras probetas con el

nuevo armado. El pandeo disminuye. La resistencia aumenta. Las cargas aplicadas estn entre

10860kg y 14490kg, el promedio de carga fue de 12680kg.

El menor esfuerzo fue de 419 kg/cm2 y el mayor de 547kg/cm2. El esfuerzo promedio fue de 490kg/cm2



ENVEJECIMIENTO (Policloropreno)

ASTM 1183. Se elaboran probetas de corte paralelo

por compresin y se someten a ciclos de altas y bajas temperaturas y altas y bajas humedades relativas, luego se ensayan y se mira como afectan esos ciclos al pegante.

Diferentes tipos de pruebas, de acuerdo a las condiciones de uso.

Se hace comprobacin para exterior, condiciones mas extremas.

Reduccin es del 40% en la capacidad del material: esfuerzo antes del la prueba 57kg/cm2, despus 34kg/cm2

TECNOLOGIA DEL LAMINADO PEGADOCONCLUSIONES

Es factible la aplicacin del proceso de laminacin y pegado en la guadua con los recursos propios

El comportamiento de un adhesivo ampliamente utilizado como la urea formaldehda, en el caso de la guadua no es bueno, debido a su excesiva rigidez; por ello es mejor el policloropreno, cuyo comportamiento es mas elstico

De acuerdo a los resultados en el laboratorio se comprob que la guadua laminada pegada es un material de comportamiento homogneo, lo que lo hace ventajoso.

El armado de la seccin de un elemento sometido a compresin es decisivo en su comportamiento. Se debe procurar simetra para evitar el pandeo.

El esfuerzo de rotura de la guadua laminada pegada, segn las pruebas de laboratorio es de 510kg/cm2, con un factor de seguridad de 3 (debido a las caractersticas del material) se trabaja con un esfuerzo de 147kg/cm2 (madera tipo A)

TENSEGRITY TENSEGRITIES CERRADOS

TENSEGRITIES DE BARRAS AISLADAS Tensegrities a partir de las aristas Tensegrities a partir de las caras Tensegrities a partir de las diagonales internas Tensegrities a partir de las diagonales externas Tensegrities con barras curvas

TENSEGRITIES DE BARRAS UNIDAS EN LOS EXTREMOS Tensegrities de barras conformando polgonos Tensegrities de barras conformando polgonos tipo mstil Tensegrities de barras articuladas Tensegrities con barras en V Tensegrities tipo mstil con barras unidas en un punto

y barras aisladas Tensegrities con un punto central de equilibrio Tensegrities formando quiebres espaciales

TENSEGRITY GEOMETRIA

Slidos platnicos: son 5 y se caracterizan por que sus caras estn constituidas por un solo poliedro, ellos son: tetraedro, cubo, octaedro, dodecaedro, icosaedro.Slidos arquimdicos: son 13 y estn constituidos por polgonos diferentes, surgen de la truncacin de los slidos platnicos.

Prismas, antiprismas, pirmides, dipiramides.

Slidos catalanes: son 13 y surgen de la estelacin de los slidos platnicos, son los duales de los arquimedicos.

TENSEGRITY MODULOS TENSEGRITY

Tensegrity de barras unidas en los extremos

Con base en los slidos estudiados, constituidos por elementos a compresin de dos tipos ngulo recto ngulo de 90 con unin curva

El elemento curvo surge a partir del elemento en ngulo recto, reemplazando la unin a 90 por una unin en la cual las latas de guadua gracias a su flexibilidad, se doblan con un ngulo de 30 con respecto al eje longitudinal. (Segn estudio realizado por estudiantes de ingenieria UN, este ngulo es el mximo permitido para obtener curvatura, sin afectar las propiedades fsico - mecnicas del material.)

AGRUPACIONES ESPACIALES

TENSEGRITY POSIBILIDADES DE AGRUPACIONES

TETRAEDRO

AGRUPACIONES LINEALES

AGRUPACIONES EN UN PLANO

MODULOS TENSEGRITY Tres mdulos



CUBO



MODULOS TENSEGRITY Un modulo



OCTAEDRO



MODULOS TENSEGRITY Dos mdulos



CUBOCTAEDRO



MODULOS TENSEGRITY Un modulo

TENSEGRITY PROPUESTAS DE AGRUPACIONES

TENSEGRITY ESPACIALIDADES

TENSEGRITY

Se escogi un mdulo basado en el octaedro, por la eficiencia tanto del modulo como de las agrupaciones de octaedros

PROYECTO ARQUITECTONICO IMPLANTACION

Cubierta en tensegrity que integre elementos constructivos Espacio central de Corferias, creacin de espacio cubierto que no solo

albergue funciones, sino que tambin se constituya como un hito y distribuya a las gente a los diferentes espacios.

Se pretende generar cierto contraste, pero a la vez integrarse al entorno y a un elemento preexistente muy importante, el arco de ingreso a la feria


La propuesta consiste en dos paraboloides hiperblicos que constituyen un espacio que recibe todos los flujos y se integra con el entorno, permitiendo dirigir la gente cuando llega al lugar central de la feria


Cada uno de los paraboloides est constituido por agrupaciones lineales de octaedros, unidos por los vrtices, que se van reglando y de esta manera se va produciendo la superficie anticlstica

PROYECTO ARQUITECTONICO ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS

Se toman como referencia las uniones para estructuras tridimensionales como el Mero, Ortz, etc.

UNIONES

Se propone una esfera, a la cual se le puedan atornillar tanto los cables como las barras, adaptada a las necesidades del proyecto.


Los tensores se plantean con el sistema Gripple, que consiste en tensores con seguros para el tensionamiento, lo que lo hace mas rpido y fcil de montar.

TENSORES


La cubierta se plantea con policarbonato para permitir transparencia, va anclada al tensegrity por medio de elementos que se atornillan a los nudos.

Posee ventajas como alta transmisin de luz, bajo peso, alta resistencia a los impactos y sistema integrado de conectores y lminas, entre otros.

Lminas moduladas de 4mm de espesor, ancho de 2m y largo de 4m

CUBIERTA


PROCESO CONSTRUCTIVO

2. Se pulen y lacan la superficies del elemento.

1. Se abren los orificios para introducir los tornillos que amarran y aseguran la barra a la unin.

3. Se introducen los tornillos a las barras4. Se atornillan los elementos de sujecin de los cables a las uniones.

1. 2. 3. 4. 5.

5. Se atornillan las uniones a las barras.


PROCESO CONSTRUCTIVO

7. Se colocan los tensores tanto superiores como inferiores.6. Se conforma el marco cuadrado.

8. Se miden y se tensan los cables hasta que sea necesario.El modulo queda de esta manera listo.

6. 7. 8.


MODELO POR COMPUTADOR Comprobacin del correcto funcionamiento de la estructura con el material

propuesto Se monta la mitad de la propuesta, teniendo en cuenta que sta es

simtrica. Se introducen los datos del proyecto y del material. Se aplica la carga para obtener datos de deformaciones y esfuerzos en los

elementos


MODELO POR COMPUTADOR

Resultados arrojaron que: Mayor deformacin es de 13 cm > 1% En ningn elemento se presenta rotacin. La fuerza de compresin mas alta fue de

2850kg El esfuerzo en dicha barras (con una

seccin de 10 cm * 10 cm) es de 28.5kg/cm2 y el esfuerzo admisible del material es de 147kg/cm2, la diferencia es de 118.5 kg/cm2

Las dimensiones de las barras pueden ser disminuidas a 7.5 cm * 7.5 cm, teniendo en cuenta el valor del esfuerzo existente y el factor de pandeo.

MUCHAS GRACIAS!

Arq Monica Duran GutierrezE-mail: [email protected]

Taller de arquitectura y diseo en guaduaE-mail: [email protected]

Presentacion Aplicacion de Guadua Laminada Jul 2005

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