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Nueva técnica mide resistencia de la guadua autóctona de Colombia
Una guadua resistente debe tener como mínimo 12 mm de espesor total y 4 mm de anchura por cada capa. Foto: archivo Unimedios.
Por sus características físicas, la guadua se utiliza como un material sismorresistente para la construcción de viviendas. Foto: archivo Unimedios.
Modelado y simulación por esfuerzos en simetrías cilíndricas con asimetría radial para Guadua angustifolia. Foto: Juan Carlos Moreno Ortiz, Magíster en Ciencias – Física de la UNAL Sede Manizales.
Esta planta alcanza los 20 m de altura y se debe cortar durante su madurez, que es de 3 a 5 años. Foto: archivo Unimedios.
La guadua se usa con el fin de reemplazar el uso excesivo de concreto y evitar la tala indiscriminada de árboles para obtener madera. Foto: Juan Camilo Solarte Torres, estudiante de Ingeniería Química, UNAL Sede Manizales.
El ingeniero mecánico Juan Carlos Moreno Ortiz, magíster en Ciencias – Física de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), explica que “las simulaciones por elementos finitos son un proceso computacional para medir la resistencia de distintas piezas del mercado ante flujos de calor, vibraciones y fuerzas, como pesos”.
Tradicionalmente la guadua se ha empleado como un material para levantar paredes en las casas o como refuerzo de las estructuras, gracias a sus propiedades de sismorresistencia, capacidad térmica y protector acústico al ruido ambiente.
Sin embargo, en su trabajo el magíster Moreno busca analizar la parte interna del tallo, la fibra, cuya composición química hace de este un elemento compuesto, pues posee fibras de parénquima y haces vasculares, ambos encargados de darle resistencia al material desde el cumo, es decir la parte plana del tronco que se ve al cortarlo horizontalmente.
“En la cara se observa el parénquima, que son los espacios en blanco; también se aprecian los haces vasculares y las fibras, una especie de puntos o pecas de mediana y pequeña proporción que se distribuyen desde adentro hacia el borde del cilindro del tallo, llegando a la epidermis, que sería la corteza”, indica el investigador, quien para su trabajo contó con el apoyo del profesor Carlos Vargas Hernández, del Departamento de Física y Química de la UNAL Sede Manizales.
El magíster señala que “el modelo debía tener las mismas propiedades físicas de una guadua real, con 12 mm de espesor total y 4 mm de anchura por capa, que es el tamaño ideal para cortar cuando la planta tiene entre 3 y 5 años y alcanza alturas hasta de 20 m”.
A través de una simulación en 3D generada en el software SolidWorks, el investigador modeló una parte del tallo y la separó en tres capas: interna, media y externa, cada una de 4 mm.
A estas les aplico las siguientes cargas o esfuerzos: tracción, que es estirar; compresión, oprimir hacia dentro; cortante, separarlo a la mitad; flexión, hundirlo en el medio; y torsión, aplicar una fuerza hacia arriba y otra hacia abajo, generando una especie de ese (s).
En el software, las cargas se aplican en fuerza –medida en Newton (N)–, unidades de presión –medida en megapascales (MPa)–, y a través de franjas de colores azul, verde, amarillo y rojo. El programa muestra qué zona de la fibra presenta un mayor impacto: el azul indica que no hay daño alguno, mientras el rojo representa la zona con un fallo o daño.
La prueba se comparó con otros resultados experimentales de la literatura, que determinan que desde su estructura completa G. angustifolia puede resistir cargas mínimas de 0,64 MPa, 3,5 MPa y 315 Mpa, y máximas de 115,08 MPa.
A través de su modelo por simulaciones, el magíster observó que cada capa de la guadua soporta: tracción de 10,3 a 129 MPa; compresión: 12,13 a 73,59 MPa; corte: 147,5 a 356,1 MPa; Torsión: 30 MPa; y Flexión: 155,3 Mpa.
“El método ayuda a observar con mayor precisión cuál es la carga que soporta este material, ya que por lo general estas pruebas se hacen con la estructura completa, y la densidad del cumo impide apreciar el interior del tallo”, explica.
“Este trabajo propone un replanteamiento a las pruebas experimentales de la guadua, ya que el tallo suele estudiarse como un material completo, y sus propiedades mecánicas y térmicas se distribuyen de forma homogénea”, concluye el magíster.
