BORRADOR DE PROPUESTA PARA CONTENIDOS MTGC, SECCIÓN TECNOLOGÍAS CONSTRUCTIVAS: ENFOQUE: Practico-Experimental AREAS DE TRABAJO: Taller de Diseño Arquitectónico y Constructivo. Diseño de Materiales. Anexo de vinculación participativa (sociedad). La presente propuesta es un Laboratorio (entendido como taller de aprendizaje practico y experimental) de tecnológicas constructivas en diseño y detalle de productos, materiales arquitectónicos y sus aplicaciones. Relación sostenible sociedad/arquitectura/ciudad como proyección tecnológica, constructiva, arquitectónica y ambiental. Fundamentada en la: tecnología de los materiales, innovación y procesos; fabricación y elaboración de materiales simples y compuestos dentro de una materialidad sostenible, valoración de residuos y optimización aplicada a tecnologías constructivas. Con la generación de sistemas constructivos escalables en proximidad a industrialización sostenible; producto de un desarrollo reflexivo de las distintas formas de implementación dentro de una economía lineal o circular en la practica constructiva. Reconocimiento de las distintas capacidades físico-mecánicas, tenso estructuras, reacciones a distintos esfuerzos; sus fortalezas y debilidad, sus patologías, temporalidad y reacciones medio ambientales que nos permitan entender y crear soluciones constructivas acondicionadas a cada territorio o región sierra, costa, oriente e insular en nuestro país Ecuador y fuera de él. Antecedentes para tomar en cuenta: • • • •
Artes y oficios de tecnologías constructivas Materiales, diseño y detalle de elementos constructivos Arquitectura y composición arquitectónica sostenible Innovación tecnológica constructiva convertida en arquitectónica
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Estética y arquitectura del paisaje Valoración del ambiente construido Gestión ambiental
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Prototipado de materiales Biotecnología (biomímesis) del ambiente en diseño de materiales
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Diseño y detalle de sistemas constructivos Proyecto de estructuras Instalaciones técnicas Valoración económica del proyecto y su materialidad arquitectónica
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Características constructivas en edificios históricos Cultura tecnológica conservación e implementación de materiales en edificios históricos
Una constante debería ser el trabajo en laboratorio taller con ensayos: destructivos, no destructivos, en distintas escalas de fabricación. se hará, a los distintos materiales (naturales, orgánicos e inorgánicos, compuestos, poliméricos cerámicos, de distintos orígenes); la utilidad y sus aplicaciones técnico-constructivas, ya sea en materiales compuestos o estructuras en distinta composición y generación disruptiva. Más la construcción de una máquina de prototipado 3d para desarrollo de elementos de distintos tamaños a través del apoyo y creación de un espacio LAB /CAMID (Laboratorio de Construcción Arquitectónica Materiales e Innovación Disruptiva); donde se harán las practicas experimentales y los proyectos finales a ser evaluados constructivamente desde su proceso de construcción y resultante en escala real o tramos de detalle. Se pueden generar alianzas académicas universitarias cuando los trabajos fueren de una proyección mayor a un desarrollo conjunto multidisciplinar convertido en investigación y publicación científica; como también convenios ayuden al desarrollo e implementación estratégica al mercado. Atentamente Oscar Dario Jara Vinueza
EJEMPLO DE PROPUESTA: MATERIALIDAD, TERRITORIO DE INNOVACIÓN PROYECTO DE INVESTIGACION DE LA TOTORA Y OTRAS FIBRAS DE ORIGEN NATURAL AUTOR: Investigador, Arq. Magister Oscar Darío Jara Vinueza. Enfoque Practico-Experimental AREAS DE TRABAJO: Vinculación con la Sociedad, Diseño Participativo, Taller de Diseño Arquitectónico y Constructivo Sostenible. OBJETIVO: Desarrollar y generar conocimiento práctico-experimental en: construcción sostenible y productividad comunitaria con totora y otras posibles fibras dúctiles de origen natural. Donde sus propiedades, características y cualidades afines entre sí, probadas (experiencias de laboratorio); se profundicen en la investigación, generación y obtención de datos científicos a publicar. A su vez interconectar con comunidades educativas internacionales al trabajar en Red de cooperación social y académica. Con programas de diseño participativo, colaborativo y vinculación con la sociedad, en el diseño de emprendimientos para la comunidad con desarrollo técnico constructivo consecuente al lugar y al entorno natural de la provincia de Imbabura país Ecuador, de donde es nativa la fibra de totora. METODO: Establecer líneas de investigación en coordinación con un grupo de trabajo interdisciplinario. Como premisa los campos de estudio son: lo social, lo cultural, el territorio, el medio y biotecnología (biomimiesis) del ambiente, lo técnico constructivo, lo artesanal su arte y oficio, el diseño sostenible, sismo resistente en lo arquitectónico, estructural y acústico. MATERIALIDAD TOTORA. Posibles Derivaciones: • Sistemas constructivos versátiles. (U v/h/o)* • Mampuestos de fibras naturales. (U v/h/o)* • Envolventes y aislantes termo acústicos. (U v/h/o)* • Elementos estructurales y mallas espaciales. (U v/h/o)* • Elemento de aliviana miento. (U v/h/o)* • Tenso membrana. Anexos Derivado: • Tableros de totora y otras fibras con materiales reciclados, derivados bituminosos. *(U v/h/o) Utilidad vertical, horizontal u oblicua. Diseñar un programa y cronograma de asignación presupuestaria consecuente a las posibles líneas de investigación propuestas. Que permita la construcción de prototipos, probetas y derivados a ser probados en laboratorio en los distintos campos de estudio planteados. Como estrategia de difusión la participación de la comunidad es primordial, como actores de la totora en los distintos procesos, exposición y construcción de los resultados, a una escala representativa posibilitando su utilidad y habitabilidad como objetivo de emprendimiento comunitario ejemplo, local e internacional. A su vez posibilitar la creación de un modelo de matriz productiva, una economía comunitaria y solidaria de artes y oficios locales con fibras de origen natural y otras (posibles de origen animal, fieltro de lana de oveja)
METODOLOGÍA PARTICIPATIVA IMBAKUCHA: Teórica Experimental (análisis y talleres participativos con la comunidad) Práctica (diseño de elementos prototipos a construir) La naturaleza del proyecto: •
Emprendimiento Comunitario.
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Construcción sostenible y su planteamiento desarrollado en equipo de trabajo interdisciplinario.
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Con Identidad y materiales del lugar, la totora como fibra natural vegetal, planta nativa.
Los resultados que desean obtener los que proponen el proyecto: •
Las Posibles Derivaciones planteadas, por etapas de estudio e investigación desarrollada.
Los diferentes actores participantes en el proyecto: •
El Equipo de Investigación y Universidad.
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La Comunidad.
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La Junta Parroquial de San Rafael de la Laguna.
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La Alcaldía y Prefectura (probable apoyo en el proceso de investigación).
La experiencia participativa de la comunidad y el Investigador Arq Jara: •
Vinculación con la Sociedad de Cachiviro, San Miguel y Huaycopungo en 2015.
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Taller Social con la Comunidad de San Rafael de la Laguna en 2016.
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Proyecto Muelle.
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Proyecto Cubo de Totora 2016.
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Proyecto Totorawasi ONU Mujeres 2018-2019.
OPERATIVIDAD Aprendizaje con Artesanos de la Comunidad: •
Participación.
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Integralidad.
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Gradualidad.
Los principios en el desarrollo de los programas o proyectos son lograr la: • La Participación del mayor número de actores como “los esfuerzos organizados para incrementar el control sobre los recursos y las instituciones reguladoras en situaciones sociales dadas, por parte de grupos y movimientos de los entonces excluidos de tal control”. A nivel urbano se aplica la misma definición, con la particularidad que los recursos serán referidos a los bienes y servicios urbanos; y los grupos y movimientos, a las comunidades urbanas excluidas del poder de control de tales bienes y servicios. • La Integralidad en las soluciones. Comúnmente, esta palabra designa el proceso o resultado de componer y unificar partes de un todo. Armonizar y unificar unidades antagónicas en una totalidad. La integralidad hace referencia a la capacidad
del ciudadano/a para comprender e interpretar la realidad, valorar y tomar opciones e intervenir en ella. De donde se desprende que las soluciones que se le planteen configuren esa realidad y le permitan actuar sobre ella. • La Gradualidad en la aplicación de las mismas. Hay que enfatizar que no estaremos ante procesos espontáneos y no planificados. En esta medida, conviene resaltar el elemento gradualidad en la aplicación de políticas, programas y/o proyectos; lo que significa que la participación va adoptando diversas formas en función de determinadas circunstancias, sin que planteemos modelos acabados y únicos. Además, significa que no siempre podremos intentar aplicar el modelo final desde el principio, sino que lo haremos a partir de detectar los pasos a conseguirlo. Para concretar dichas premisas, utilizamos de preferencia metodologías participativas en el desarrollo del presente trabajo. Es conveniente usar una variedad de técnicas en la metodología participativa; éstas deben complementarse y permitir la inclusión del mayor número de participantes, ante todo como un conjunto coordinado de aportes e intercambios de distintos saberes, que deben combinarse según las necesidades y realidades de la comunidad y los agentes, como una institución o colectivo que las aplica. García habla cinco herramientas participativas que son: 1. Técnicas de dinámicas de grupos: estas son fundamentales para trabajar con grupos de personas y lograr su participación efectiva. (Talleres, lluvia de ideas, dialogo semi-estructurado, formación de grupos enfocados, observación participante) 2. Técnicas de visualización: se apoyan en representaciones gráficas se logra la participación de personas con diferente nivel de educación. (Planos, mapas, esquemas, diagramas.) 3. Técnicas de entrevista y comunicación oral: asegura la triangulación de información desde diferentes puntos de vista de los distintos miembros de la comunidad (consultar a diferentes actores, informantes clave, carteles, trípticos, videos) 4. Técnicas de observación de campo: buscan recolectar en el terreno, en forma grupal, informaciones que serán analizadas posteriormente usando técnicas de visualización. (Recorridos en campo, levantamientos de vivienda, topográficos, ubicación de problemas en el terreno) 5. Técnicas de mapeo de actores: busca identificar todos los actores sociales e institucionales que puedan estar involucrados en la búsqueda de soluciones proyectuales (relaciones institucionales, relaciones comunitarias, identificación de pertinencias políticas territoriales) Ante lo expuesto mediante un enfoque metodológico practico-experimental, con las 5 técnicas antes mencionadas, se plantea el desarrollo de estas en encuentros y reuniones, acercamiento previo un trabajo conjunto con el equipo de investigación de manera comunitaria de continua cooperación entre artesanos y comuneros con la Operatividad aplicada y aprendida de (Vázquez, 2015) en el empleo de diseño participativo en experiencias anteriores.
Atentamente Arquitecto Oscar Dario Jara Vinueza Magister en Diseño Arquitectónico Investigador RICSAT & CEBA * RICSAT: Red Internacional de Cooperación Social y Académica sobre la Totora UPM CEBA: (a) Centro Ecuatoriano de Biotecnología y Ambiente
MATERIALIDAD TOTORA DERIVACIÓN I • •
Elemento estructural y malla espacial. Tenso membrana.
La propuesta se deriva de la generación de piezas estructurales de totora, de sección prismo_triangular tubular (poliedro de base triangular) de tallos de totora, de entre 45 a 55 de longitud de diámetro o área poliédrica variable con resistencia promedio de cada elemento o pieza de entre 7 a 10Mpa, según el recurso de investigación generado entre 2014 a 2018 con el proyecto de Maestría: Artes oficio en totora como vinculación material al detalle y diseño arquitectónico (Jara, 2018). En las siguientes graficas se muestran la sección del elemento, su conformación y armado a un espacio habitable, resultado de mallas espaciales en horizontal y vertical en conformación estructural con totora y materiales afines a una construcción sostenible.
Ilustración 1: Diseño de pieza prismo triangular de tallos de totora. Autor: Oscar Jara, 2018.
Ilustración 2: Armado de pieza prismo triangular de tallos de totora, Estructura base. Autor: Oscar Jara, 2018.
Ilustración 3: Estructura armada de pieza prismo triangular de tallos de totora. Autor: Oscar Jara, 2018.
Ilustración 4: Espacio habitable, Estructuras armadas de piezas prismo triangular y tenso membrana de tallos de totora. Autor: Oscar Jara, 2018.
Ilustración 5: Render de Estructuras armadas de piezas prismo triangular y tenso membrana de tallos de totora. Autor: Oscar Jara, 2018.
Ilustración 6: Render de Estructura armada de piezas prismo triangular y tenso membrana de tallos de totora. Autor: Oscar Jara, 2018.
Ilustración 7: Render de Estructura armada de piezas prismo triangular y tenso membrana de tallos de totora. Autor: Oscar Jara, 2018.
Ilustración 8: Render de Estructura armada de piezas prismo triangular y tenso membrana de tallos de totora. Autor: Oscar Jara, 2018.
Ilustración 9: Render de Estructura armada de piezas prismo triangular formato horizontal de tallos de totora. Autor: Oscar Jara, 2018.
Ilustración 10: Render de Estructura armada de piezas prismo triangular formato horizontal de tallos de totora y bloques alivianados de totora. Autor: Oscar Jara, 2018.
Ilustración 11: Render de Estructura armada de piezas prismo triangular, tenso membrana y formato horizontal de tallos de totora. Autor: Oscar Jara, 2018.
Ilustración 12: Render de Estructura armada de piezas prismo triangular y tenso membrana de tallos de totora oblic. Autor: Oscar Jara, 2019.
Ilustración 13: Render de Estructura armada de piezas prismo triangular y tenso membrana de tallos de totora oblic. Autor: Oscar Jara, 2018.
Ilustración 14: Render de Estructura armada de piezas prismo triangular y tenso membrana de tallos de totora horizontal. Autor: Oscar Jara, 2018.
Ilustración 15: Render de Estructura armada de piezas prismo triangular y tenso membrana de tallos de totora horizontal. Autor: Oscar Jara, 2018.
Ilustración 16: Piezas desarrolladas en Investigación, Practica_experimental, Tec_totorarotot. Autor: Oscar Jara, 2018.
ESTRUCTURAS PRISMO RESISTENTES DE TOTORA DERIVACION II (ROLLOS PRISMO TRIANGULARES Y TUBULARES DE TOTORA) La planta acuática totora, proveniente de la provincia de Imbabura, cantón Otavalo; en las lagunas de Yahuarcocha e Imbakucha es empleada por los artesanos indígenas Kichwa del Ecuador. Habitantes y pobladores de las comunidades cercanas a la Laguna conocida como Lago San Pablo (Imbakucha); son conocedores natos de las características cualidades y fortalezas de la totora también llamada junco. Estas personas poseen experiencia con el manejo de este material ya que esta habilidad forma parte de la identidad cultural de Imbabura. En las comunidades de Huaycopungo, Cachiviro, Tocagón, Mushug Ñan, Cuatro Esquinas, San Miguel Alto y Bajo y Cachimuel por mencionar a las más cercanas a la laguna Imbakucha; dentro de su cosmovisión andina, está presente el respeto ancestral a la naturaleza y considerando como actor principal al Imbabura (elevación volcánica de la sierra ecuatoriana) más conocido en lengua Kichwa como Taita Imbabura. La presente propuesta de Investigación, Se busca indagar en sus propiedades mecánicas y termo acústicas de una de fibras de origen natural, caso de estudio específico, la fibra vegetal totora o junco. Los ensayos realizados a la fibra de totora, por el investigador ecuatoriano de origen cuencano; Hidalgo Cordero (2007) en su proyecto de posgrado, las fibras alcanzaron una resistencia a la compresión axial de 3.9 N/mm2 para un grupo de tallos de totora atada con presión media y de resistencia a la tracción de una unidad o tallo de totora de 3.7 N/mm2. Al humedecer la totora, incrementa 4 veces su peso seco inicial con una velocidad de absorción de 7% de incremento de peso por minuto en los primeros 20 minutos de inmersión. Se detalla en los ensayos realizados una capacidad de absorción puede representar tanto un problema como una ventaja, al aplicar tratamientos a los tallos de totora (Hidalgo Cordero, 2007). Una investigación realizada, en la elaboración de piezas con totora triturada y tallos enteros, convertidas en probetas para probar su resistencia mecánica, se obtiene tuvieron un módulo de rotura MOR = 0.48 N/mm2 y las de tallos enteros MOR = 7.46 N/mm2. Entre otras características encontradas por la investigación de Aza-Medina (2016), nos hablan de un acondicionador termo acústico, aislamiento entre otras propiedades, quienes elaboraron, probetas aglomeradas de totora triturada y de tallos enteros utilizando aglomerantes naturales. Las prestaciones térmicas obtenidas de conductividad promedio fueron de 0.055 W/mK en las probetas de totora triturada y de 0.066W/mK en las probetas de tallos enteros. En 2017, se probó en una práctica experimental con mezclas de distintos pegamentos; tableros y elementos tubulares, en la investigación: Artes y oficios (constructivos) vinculados al diseño y detalle Arquitectónico. Las probetas realizadas en un 75% de tallos de totora tejida y en amarre con cuerda plástica, dieron como resultado, una resistencia promedio de entre 7 a 10 MPa en pruebas de compresión. Esto sirvió para la fabricación en 2018 como parte de la misma investigación; una pieza compuesta de tablero de totora, como peralte de una vigueta con cabezales de madera, con dos longitudes 90 centímetros y .80 centímetros. Al hacer las pruebas de resistencia mecánica en los laboratorios, donde el peralte hecho de tallos de totora y distintos tejidos, probaron que el conjunto de fibras entrelazadas poseía características de ductilidad, generando una máxima de más de 900kg, luego de deformarse y dejar la carga aplicada, volvió a su forma original en un 95%. Hay modelos de factibilidad matemática en la investigación hecha por Mejía Echeverría (2017) analiza el comportamiento de elementos fabricados con una resina de poliéster que se adhiere con un lijado fino a la totora, más refuerzo con tallos de totora a presión los ensayos a tracción dan como resultado 85.90 MPa y un módulo de elasticidad de 1832.0185 MPa. Se identifica a la totora como un material frágil y de comportamiento lineal ante el esfuerzo a tensión.
En los estudios físico-mecánico de rollos de totora amarrados: influencia de la tensión de amarre, diámetro y longitud elaborado por Hidalgo Castro (2018), la totora posee distintos comportamientos según la tensión de amarre m su longitud y diámetro, los mismos que no deben afectar a la estructura interna de la fibra. Las tensiones de amarre ensayadas no tuvieron un impacto significativo en la resistencia a flexión. Sin embargo, la longitud influye de manera directamente proporcional en la resistencia a flexión y el diámetro influye de manera inversamente proporcional. Esto puede deberse a que el aumento de la longitud aumenta el área de contacto y fricción entre los tallos de totora, pero de manera inversa, un mayor diámetro requeriría de una tensión mayor para conseguir una cohesión adecuada; sin embargo, es necesario realizar un mayor número de ensayos con mayores tensiones de amarre o diferentes configuraciones de fibras para confirmar estas tendencias (Hidalgo Castro, 2018). La construcción de estructuras prismáticas de base circular y triangular de totora atada y tejida; con su muy factible aplicación en diseño, detalle arquitectónico y como elemento constructivo sostenible, es una alternativa que se ha estudiado ampliamente con distintos enfoques y aplicativos. Las cualidades que caracterizan a la fibra, descritas con antelación son una parte potencial uso de esta materia prima, de origen vegetal en América latina. Es una fibra de rápida regeneración con dos cosechas al año en Ecuador. El adecuado proceso que se le puede dar a esta fibra, más la generación de una matriz productiva y economía solidaria local, de artesanía a gran escala; escala arquitectónica constructiva, puede convertirse en una alternativa tecnológica y ciertamente sismo resistente por su carácter dúctil, a ser desarrollada en comunidades dedicadas al arte y oficio de la totora, podrán ser de gran beneficio y de identidad local. Se debe fortalecer el estudio de la fibra, desde varios entornos de estudio multi disciplinar, encontrando más derivaciones de uso que se puedan aplicar a otras fibras de distinto origen, (vegetal y animal). Poder indagar en su preservación y no en su obsolescencia, por falta de mantener sus cualidades, que se conecten a distintos tratamientos de conservación y resistencia a: humedad, calor, ruptura entre otros. MATERIAL TOTORA: El término totora se referirá a la especie Schoenoplectus californicus, nombre científico citado por Heiser (1978) en su investigación botánica taxonómica de esta planta en los países de Ecuador y Perú. La totora es una planta acuática de tallo alargado fibroso, que crece en dirección vertical en lagos y ciénagas de América, desde California hasta Chile, y algunas de las islas del Pacífico, así lo menciona Hidalgo (2018) en su artículo científico, “Totora (schoenoplectus californicus (c.a. mey.) soják) y su potencial como material de construcción”, en su texto introductorio ,Hidalgo menciona: “La totora crece en lagos y ciénagas, donde logra su mejor desarrollo en profundidades de 30-70 cm. (…) ha sido utilizada por muchas culturas como medicina, alimento, forraje y material para construir casas, barcos y diferentes artesanías.” (p.1) La totora de Imbabura se cosecha entre los meses de marzo/abril y junio/julio. Se realiza un corte en diagonal de entre 20 a 30° sobre la superficie del agua, a una distancia de 8 a 10 cmts, un método tradicional, empleado por los comuneros del lugar. El florecimiento de la fibra vegetal totora inicia en épocas de lluvia, hasta alcanzar un periodo de maduración a 6 meses, por tanto, la cosecha se realiza dos veces al año, mediante un corte trasversal al tallo. Es una actividad emprendida por las comunidades cercanas al lago. Es un proceso que lo realiza toda la familia, aunque en tiempos actuales se ha visto una disminución del interés de esta práctica por parte de los jóvenes indígenas. Se junta atados de totora, que luego será trasladado a sus hogares, donde disponen de un espacio uniforme en su superficie, al exterior y semi cubierto para el secado al sol de esta planta acuática vegetal.
El Secado se lo realiza en pequeños atados, guangos o chingas al inicio en posición vertical por 5 días para luego hacerlo en posición horizontal por dos semanas, esta actividad la realizan la mayoría de los miembros de una familia. Este proceso de secado donde pierde su humedad la totora y adopta un color amarillento señal de su secado, esto toma un total de 20 días de exposición al sol. MATERIALES UTILIZADOS Tallos de totora Papel de totora Hilacha de totora Cuerda de plástico de 2 y3mm de espesor Pegamento, aglomerado ATV 129 Silicona Plástico reciclado pulverizado o poli aluminio Moldes prismáticos de base triangular y circular FABRICACION DE PRIMAS DE TOTORA: Secada la totora, se procede a realizar, amarres con cuerdas de plástico o naylon con espesor de 2 y 3mm. Este procedimiento se lo realiza artesanalmente juntando varios tallos de totora, luego se generación un amarre a presión, el mismo que con el esfuerzo de las manos del artesano, ayudándose en mismo momento por su boca, jala generando un atado denominado chinga, en un diámetro aproximado de 150 a 200mm. Este esfuerzo generado artesanalmente, en laboratorio, será medida su tensión de amarre en convalidación técnica que no afecte a la estructura independiente de cada tallo y el conjunto de estos. Generados los atados en amarre de cuerda plástica, se reviste de una capa de pegamento ATV 129, para luego colocar una lámina de papel totora que envuelva al rollo totora. Al mismo tiempo se recubre de una capa del mismo pegamento mezclado con hilacha de totora. Este procedimiento genera recubrimiento de 2mm. Un segundo procedimiento es revestir de silicona, mediante un procedimiento de calor y presión, recubriendo con 3mm de espesor. Estos procedimientos de construcción dan como resultado los elementos denominados prismo tubulares, los mismos que son un termo modelado a conformar prismas, de base circular y base triangular. PRUEBA DE RESISTENCIA MECANICA: Las pruebas de resistencia se realizarán en el Laboratorio y departamento de ensayos y modelos de la facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática, en la Universidad Central del Ecuador, cuidad, capital Quito. El equipo utilizado, es una prensa universal ………. METODOLOGIA EXPERIMENTAL Amarre a tensión medida La presente metodología se basa en el trabajo realizado en la generación de rollos de totora, artículo elaborado por Hidalgo, Hidalgo Castro 2018. Donde mediante el empleo de poleas con peso variable de entre 2,3 a 4kg. Se construye 12 rollos a prismas de base triangular y circular, probetas de ensayo con tensión promedio. Para cada tensión se elabora: • • •
3 probetas de 400mm de diámetro y 30 centímetros de longitud 3 probetas de 100mm de diámetro y 30 centímetros de longitud 3 probetas de 60mm de diámetro y 45 centímetros de longitud
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3 probetas de 40mm de diámetro y 45 centímetros de longitud
NOTA: Se usa la normativa española UNE-EN 408:2011+A1 del 2012 para ensayos a flexión (la longitud se define dentro del límite admisible de mínimo 15 veces el diámetro), este referente de ensayo se toma de la investigación Hidalgo Castro (2018), debido a la no existencia de normativa específica para analizar estas probetas. Utilizada para analizar piezas de madera, que es la más cercana ensayos de fibras naturales.
NOTA: Solicitar pruebas de resistencia físico mecánicas de los rollos de totora. Para sacar el análisis estadístico, resultados de las pruebas y conclusiones
ANÁLISIS ESTADÍSTICO ……… DISCUSIÓN Y RESULTADOS ………. RESULTADOS DE LAS PRUEBAS …….. CONCLUSIONES ……..
APLICATIVO II, ESTRUCTURAL/ REFERENCIALES MATERIAL DESCRIPCIÓN
ESPESOR MM
RESISTENCIA A AGLOMERANTE FLEXION N/mm2
RESISTENCIA A RESISTENCIAA COMPRESION N/mm2 TRACCION N/mm2 REFERENCIA 1,47
(HIDALGO,2007)
Tallo aislado de totora Probeta de totora contra laminada
50
Probeta de totora paralela
112
Probeta de totora perpendicular al plano
125
Probeta de totora triturada
13+/-2
Probeta de totora contra laminada
13+/-2
PVA*
0,81
(CULCAY,2014)
PVA*
0,16
(CULCAY,2014)
PVA*
0,6
(CULCAY,2014)
Adhesivos naturales
0,48+/-0,16
(MEDINA,2016)
Adhesivos naturales
7,46+/-1,07
(MEDINA,2016)
85,9
Tallos de totora presionados
(MEJIA-ECHEVERRIA,2017)
Rollo de totora amarrado con tensión media
100
Amarre con tensión media
3,7
(HIDALGO-CORDERO,2018)
Prismo tubular totora
200
Amarre tallo hilacha+ATV129*
6,9
(JARA,2017)
Prismo tubular totora
150
Amarre tallo+Polialuminio*
2,56
(JARA,2020)
Vigueta de totora tejida PVA* Polivinil Acetato
30
Amarre tallo hilacha+ATV129*
256,93
(JARA-YANCHAPANTA,2019)
ATV129* Pegamento bituminoso Polialuminio* Reciclados de plastico y tetrapak
EXPERIENCIA DE INVESTIGACIÓN MATERIALIDAD VIGAS DE TOTORA DERIVACIÓN PROPUESTA III
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL CONSTRUCCIONES CIVILES
VIGAS Y VIGUETAS DE TOTORA INFORME: ENSAYO A FLEXIÓN DE LA VIGA DE TOTORA V180-5 ING. NICOLAY YANCHAPANTA Y ARQ. OSCAR JARA FECHA: 2018-08-10 Estudiantes: Játiva Alvarado Jeferson Pablo Miniguano Albuja Erick Santiago Moreta Ortiz Cynthia Estefania Mosquera Gutiérrez Cristhian Andrés Torres Morocho Ivett Janina Sandoval Garzón Ricardo Sebastián
1. Introducción Las vigas estructurales dentro de una configuración se encuentran trabajando a solicitaciones de flexión, corte y torsión. Siendo para las vigas, el trabajo a flexión el más importante a ser analizado, y considerando que la viga de totora se encuentra dentro de una matriz elástica, resulta de suma importancia analizar el comportamiento de esta viga para visualizar los efectos que se producen durante el ensayo y después de éste. Al poseer una viga con longitud de claro 180 cm, se puede apreciar de mejor manera la forma en que se produce la falla. Debido a la composición de la viga, se espera un comportamiento bastante elástico, por lo que es necesario analizar el comportamiento del elemento una vez se haya alcanzado la falla de la viga. 2. Materiales y Equipo Para el desarrollo de este trabajo se hizo uso de los siguientes materiales: Viga de totora con longitud de claro 180 cm, con cabezales de madera. El alma (a) y la geometría de los cabezales (b) se especifican en la siguiente figura. Los materiales que constituyen la viga son totora, silicona y aserrín.
Figura 1: Geometrías de alma y cabezal En cuanto a los equipos empleados se necesitó: • • • • • •
Máquina de compresión con capacidad de hasta 100 Toneladas. Deformímetro. Nivel. Rodillos metálicos. Viga de acero de sección cuadrada hueca, para repartir carga desde el gato hidráulico hasta los rodillos. Apoyos de acero para elevar la posición de la viga sobre el nivel del suelo.
3. Procedimiento 3.1. Carga resistente esperada La carga resistente que se estimó para la viga fue de 2000 [kg], ya que una vez totalmente seca se realizó un análisis visual y de tacto, en el cual se logró constatar que evidentemente la mezcla se había fusionado muy bien y se esperaba un buen comportamiento entre la totora y los aglomerantes usados. Sin embargo, al ensayar la viga los resultados fueron aún más favorables ya que la viga soportó 2600 [kg]. Aun así se hubiera tenido una mejor estimación de la carga, si antes de realizar el modelo final se hubiera realizado una pequeña probeta con medidas a escala. 3.2. Dimensiones Finales de Viga En primera instancia se pensaba realizar dos modelos de 0.90 [m] y 1.80 [m] de longitud.
Sin embargo, debido al costo finalmente se optó por realizar el modelo final, cuyas dimensiones fueron: • • •
Longitud: 1.80 [m] Ancho: 0.20 [m] Altura: 0.04 [m]
3.3. Peso de la Viga La viga junto con los cabezales sumaron un peso de 16,4 [kg], de donde cada cabezal pesó 5,5 [kg]; lo que da un resultado de 5,4 [kg] solo de la mezcla totora más aglomerantes. 3.4. Propuesta de ensayo El ensayo consiste en comprender la flexión de la viga, para eso se aplica cargas hasta obtener la carga máxima y en consecuencia la deformación máxima. Para eso se coloca la viga sobe dos apoyos simple, retirando 10cm a ambos extremos de la viga, y que su ponto medio este por debajo en donde la maquina aplicara las cargas hasta el punto de falla. La viga V180-5 que fue hecha de hilachas de totora, aserrín, estera y silicona, fue la que más carga soporto por su rigidez. 3.5. Carga última
Figura 2: Carga Ultima CARGA MAXIMA 2619,88696 3.6. Gráfico de Carga vs Deformación
Figura 3: Gráfica de Carga vs Deformación 3.7. Gráfico de Momento vs Curvatura Primero se identifica la carga máxima que soporto la viga y su deformación correspondiente. Calculamos la inercia de la sección transversal de la viga que es 4x20 cm.
Para realizar la gráfica debemos determinar los momentos y la curvatura. Para eso consideraremos dos cargas puntales colocados a una misma distancia respecto a los apoyos. Nuestra longitud será 160cm ya que se colocar la viga a 10 cm a cada lado respecto a los lados extremos de la viga, que su longitud inicial era 1.80 m. La distancia de las cargas será 0.50 m respecto a los apoyos simples ya que en el ensayo se aplicó las cargas sobre una placa metal que se encontraba apoyada sobre dos articulaciones que se encontraban 30 cm ambas direcciones del punto medio de la viga. Por ende, es 0.50 m.
Para el análisis se considera el siguiente es que esquema porque las articulaciones solo transmiten cargas verticales por ende la carga aplicada se divide en dos partes iguales ya que se toma en cuenta solo la carga máxima de la lectura. Puntos para Diagrama de Corte:
Figura 4: Diagrama de Corte Para determinar el diagrama de momento simplemente es el área del cortante, o podemos usar las siguientes ecuaciones:
Figura 5: Diagrama de Corte Se obtiene el diagrama de momentos, lo que se necesita es conocer el Módulo de Elasticidad para eso se utiliza la ecuación de la deformación en el punto medio que será la máxima deformación en la viga. Datos según la lectura de la máquina del ensayo:
Para la curvatura simplemente es:
Figura 6: Diagrama de Momento vs Curvatura 4. Conclusiones •
Según la gráfica carga vs deformación observamos un rango lineal, en el cual se estaría cumpliendo la ley de Hooke, aun así no podemos asegurar que este es el comportamiento real del alma de la viga (alma de totora) la cual se está estudiando. Más bien se observa en la gráfica una marcada influencia de los cabezales de madera, los cuales si sabemos el comportamiento lineal que estos poseen.
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También podemos observar en el rango lineal de la curva carga vs deformación, el alma de la viga también aporta, ya que esta curva no es exactamente una curva de carga vs deformación correspondiente a una madera, sino presenta dentro del rango lineal ligeras ondulaciones.
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Cuando se tiene una deformación de aproximadamente 29 mm se observa un reacomodo de partículas en el alma de la viga, lo cual produce a simple vista una falla falsa. Una vez se acomodaron todas las partículas, la viga soporta una carga adicional, la cual no fue muy alta, alrededor de 200 kg. La carga máxima obtenida fue de 2620 kg, mucho mayor a diferentes vigas ensayadas, esto se lo atribuye al proceso de construcción y a la estructura de la viga, dado que el alma fue construida mediante hilachas
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cortadas manualmente y la medida indicada, todas homogéneas, estas se fundieron en una sola masa, silicona-hilachatotora-aserrin y además se ubicaron tres capas, cada capa fue unida por un tejido estera, dos esteras en total. •
La resistencia no se le atribuye a la madera dado que la madera utilizada es de una planta de Nogal, el cual posea una resistencia muy baja. A pesar de esto no se puede asegurarlo, ya que la construcción o planificación total del proyecto no fue especificada adecuadamente. Para obtener resultados comparables, todas las vigas deberían haberse hecho bajo parámetros específicos, materiales estandarizados y procesos de construcción adecuados. Lo único que se debería haber variado es la combinación de ingredientes.
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Se observó que el alma de la viga se tornó de un color negro, esto se le atribuye principalmente al aserrín, el cual tiene una alta inflamabilidad, y dado la temperatura de la silicona líquida provoco esta quemadura.
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Comparando rigidez con demás vigas ensayadas se constató claramente una rigidez mayor en la viga V5180, por lo cual la carga ultima obtenida es aceptada.
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En primera instancia se observó una falla por flexión, la cual nos indica la adecuada construcción del alma, dado que hubo una buena trasmisión de cargas desde la parte superior de la viga hasta la parte inferior, lo que no paso con otras vigas ensayadas, las cuales fallaron por torsión. Para la V5-180 en segunda instancia y luego de haber fallado se observó otra falla por torsión, falla entendible por los materiales utilizados para la construcción de la misma.
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Una vez terminado el ensayo todas las vigas retomaron su forma original, esto por su naturaleza de su alma, la cual principalmente fue constituida por silicona, un material elástico.
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Al momento de determinar el módulo de elasticidad, existe un error ya que la viga está compuesta de diferentes tipos de materiales por ende cada material tiene un distinto módulo de elasticidad, lo cual el valor calculo por medio de la ecuación de deformación usado en este caso sería un valor teórico asumiendo que toda la vida es homogénea es decir de un solo material.
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La viga nombrada V180-5 fue la que más carga soporto por su rigidez, aunque comparando con otras vigas hechas de otros materiales como hormigón armado (acero y concreto) tiende a resistir más ya que su módulo de elasticidad es mucho mayor por lo que pueden soportar más carga y recuperarse lo cual tienen menos deformaciones.
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En el ensayo, los cabezales fueron los que sufrieron la ruptura por ende la maquina dejo de aplicar la carga, esto puede indicarnos una cierta incertidumbre si la maquina nos dio la lectura de carga y deformación enfocado más en la madera que la propia viga de totora.
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En el ensayo, la viga nunca sufrió una ruptura sino los cabezales de madera fueron los que presentaron el quiebre. Puede ser que la viga soporte una carga menor a la dicha (2600 kg) o mayor, no sabemos exactamente.
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Comparando entre vigas en el ensayo, existían vigas que se pandeaban al momento de aplicar la carga eso significa que tiene un buen comportamiento elástico pero malo en rigidez, la viga V180-5 fue la que más carga soporto entre todas, pero fue por su rigidez ya que se usó dos capas de estera en toda la viga y se usó juntas es decir tipo estribos hecho de totora para permitir una mejor adherencia de la mezcla y entre capas.
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La viga de totora no podemos asegurar si es fiable como elemento constructivo según la carga máxima dado en el ensayo, ya que otros elementos constructivos soportan más carga y son más rápido en construir y más fácil de obtener la materia prima, como son materiales industrializados como el acero y el hormigón, son más fáciles de conseguir. Aunque no descartamos la idea de elementos alternos como es el caso de la totora.
5. Recomendaciones •
Se recomienda colocar viga de totora de manera que se encuentre totalmente centrada al momento de aplicar la carga, para que la presión aplicada se distribuya de forma uniforme.
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Se recomienda utilizar el mismo tipo de madera para los cabezales, y de esta forma se podría catalogar de mejor manera la resistencia que tuvieron las vigas, ya que todas las probetas estarían sometidas a al mismo material.
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Se recomienda realizar la construcción de la viga en un tiempo considerado esto dependiendo del material utilizado para que se encuentre totalmente lista para ensayarla el día correspondiente.
6. Anexos Fotográficos I
7. Información Adicional 7.1. Datos Adicionales sobre la Totora La totora ha sido aprovechada por ciertos grupos humanos como los Uros en Perú que debido a la conquista Inca decidieron abandonar sus tierras para internarse en el lago Titicaca en donde en medio de sus aguas construyeron flotantes islas artificiales hechas de totora donde asentaron sus viviendas hechas del mismo material. En Ecuador, principalmente en la provincia de Imbabura, la totora es una planta útil, que se usa para la construcción de embarcaciones para la pesca, balsas para el transporte, viviendas, puentes colgantes, petates, canastas, sombreros y forraje para el ganado. Totora viene de Tutura, en lengua Quechua, crece desde la costa hasta las montañas de la cordillera. Es aprovechada en algunas regiones especialmente, por las poblaciones asentadas en las orillas del lago San Pablo. Como se puede evidenciar, la totora no es un material que recientemente está empezando a ser utilizado como material de construcción, pues esta ya servía de refugio desde la época de nuestros ancestros. Ensayos realizados en este material por parte de moradores de la región Puna determinaron algunas características importantes sobre la totora, entre las cuales se menciona: • •
Densidad: un grupo de totora atada con presión mediana y volumen estable, tiene un peso de 180 kg/m3. Absorción: la totora sin presión al estar sumergida por 24 horas en agua aumenta cuatro veces su peso inicial.
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Velocidad de absorción: en los primeros 20 minutos de inmersión fue de 7 por ciento de aumento de peso/minuto y la velocidad general en estado de saturación es de 0,3 por ciento /minuto. Velocidad de pérdida de humedad: en los primeros 20 minutos fue de 0,3 por ciento de pérdida de peso/minuto y la velocidad general hasta su estado seco original es de 0,1por ciento /minuto. Aumento de volumen: la totora puede aumentar hasta 16,6 por ciento en volumen seco debido al ensanchamiento de los tallos. Tensión: la resistencia a la tensión de un tallo de totora llegó a ser de 38 kg/cm2. Compresión: un tallo aislado de totora resiste hasta 15kg/cm2. Pero en grupo pueden resistir 40 kg/cm2 o más.
7.2. Se podrá afirmar que la carga soportada lo hizo solo el alma, y de no ser así que hacer para determinar el valor real El valor de carga ultima registrado fue de 2600 kilogramos, que vale la pena recalcar es un valor bastante elevado, pero ¿está en realidad ese peso siendo soportado únicamente por la totora y los demás materiales constitutivos de la mezcla? Una respuesta evidente seria no, ya que la madera de los cabezales de una u otra forma aportara a esta resistencia, sin embargo, se observó que durante el ensayo la flexibilidad de todo el conjunto (cabezales y alma) ya que la flecha hasta la que llegaron sin fallar fue relativamente grande. Ahora, si se ensayaran los cabezales aparte y se obtuviera un valor de carga que estos pueden soportar ¿sería correcto pensar que el valor de resistencia del material referido a la totora y demás, es igual a la diferencia entre las dos resistencias? Pues la respuesta es no, para dar a entender mejor esto pongamos el siguiente ejemplo; supongamos dos vigas de materiales usuales en la construcción como lo son hormigón o acero, supongamos que una viga de rigidez. EI simplemente apoyada soporta una carga P en su centro de luz y que esta a su vez está asentada sobre otra viga de rigidez 2EI sería erróneo afirmar que la deformación en el cetro de luz se triplicaría si se retirase la viga de la parte inferior más rígida al igual que sería erróneo pensar que si se aplicase el doble de carga sobre todo el sistema la deformación se duplicara y es fácil darse cuenta de ello ya que los materiales cumplen con la ley de Hooke en una minúscula zona y al salir de esta las deformaciones podrán ser todo menos proporcionales a las cargas aplicadas, la totora y la madera, al igual que el acero y el hormigón no son elásticos y lineales en su totalidad y por ello la resistencia real no podrá ser calculada con la diferencia entre las resistencias de los dos materiales, por ello si se hubiera querido determinar la resistencia real de la viga de totora era necesario ensayarla de forma independiente y a todo esto se suma el hecho de que la elasticidad difiere entre los dos materiales. Así se llega a la conclusión de que analizar la resistencia de un material en específico de un elemento estructural formado por más de un material es muy difícil.
8. Anexos Fotográficos II