Trabajo de Madera de Hess, Uniones en Madera Estructural.

UNIVERSIDAD DE LAS REGIONES AUTÓNOMAS DE LA COSTA CARIBE NICARAGÜENSE. (URACCAN) . Trabajo de madera. Contenido: Unione

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UNIVERSIDAD DE LAS REGIONES AUTÓNOMAS DE LA COSTA CARIBE NICARAGÜENSE. (URACCAN)

. Trabajo de madera. Contenido: Uniones en madera estructural

Facilitador: Ing. Josué Zelaya. Elaborado por: Hesler Joaquín Cárcamo Pérez.

Octubre de 2017

UNIONES EN MADERA ESTRUCTURAL. La madera ha sido en el pasado el material más utilizado para construir, hasta que los avances tecnológicos en hormigón y acero la relegaron a un segundo plano. En los últimos años se ha reivindicado como un material idóneo para la construcción y el interiorismo, dado que es un producto natural, renovable y ecológico. El sector de la construcción es uno de los más contaminantes, y que más toneladas de residuos genera, siendo el mayor emisor de CO2. Por este motivo, cada vez más se promueve la utilización de la madera en la construcción, ya que es un material que durante su fase de crecimiento, es un sumidero de CO2, su transformación a material de construcción requiere mucha menos energía y es un material biodegradable. Así pues, podemos afirmar que la madera, no sólo es parte de la naturaleza, sino que su utilización es beneficiosa para ella, realizándose un aprovechamiento y un reciclaje de manera sostenible. La tecnología de la madera ha ido evolucionando. Se han mejorado las propiedades de sus productos derivados, han surgido nuevos productos que han ampliado su campo de aplicación y se han complementado con otras materias primas para mejorar sus prestaciones. Además del aspecto medioambiental, al ser un material renovable, la madera proporciona otras ventajas para el sector de la construcción, como la versatilidad, que permite adaptarse a las necesidades de diseño proyectando diferentes formas y tamaños. Por otro lado, es un material fácilmente trabajable, y de montaje y ejecución más rápida y sencilla, además de ser un buen aislante térmico. No obstante, la construcción en madera presenta ciertos inconvenientes como la falta de estabilidad frente a condiciones cambiantes de humedad ambiental, la escasa durabilidad natural o sus características combustibles. La humedad es un factor condicionante en el comportamiento de la madera ya que provoca hinchazón y merma ocasionando cambios dimensionales debido a su carácter higroscópico que le hace ceder o absorber humedad del ambiente.

En la construcción con madera, un aspecto fundamental es la ejecución de las uniones entre los diferentes elementos que conformarán la estructura y que son los sectores más vulnerables en este tipo de edificación. Por tanto, una de las particularidades de las estructuras en madera está relacionada con el diseño estructural, y una parte importante se centra en la resolución de estas uniones. En otros materiales no resulta complicado realizar uniones rígidas entre los distintos elementos, como la continuidad en el hormigón armado, o mediante la soldadura en la ejecución de estructura metálica. Sin embargo, en madera este tipo de uniones es de difícil ejecución y por ello hay que considerar que en el diseño estructural deben plantearse las estructuras de madera como sistemas preferentemente isostáticos o como sistemas de barras mediante enlaces articulados. Por tanto el diseño y el cálculo de las uniones es un punto clave en la materialización de las estructuras, y que define la calidad de la edificación, ya que estos nudos deben ser capaces de transmitir los esfuerzos entre elementos sin comprometer la rigidez y geometría del sistema y dentro de los valores de tensión y deformación admisibles.

Tipos de uniones en madera estructural. Ensamble de Tirantes: Los más utilizados son los longitudinales, a media madera, de horquilla, y de caja y espiga. Los cuales detallamos a continuación: Ensambles longitudinales: A la hora de unir dos tirantes de madera en sentido longitudinal, se puede hacer un empalme simple, o una unión con cubre juntas, siendo esta última la más apropiada para trabajos pesados. La siguiente figura muestra dos tipos de empalmes simples que funcionan muy bien:

Si se necesita mayor resistencia, lo más indicado es hacer una unión con cubre juntas, donde la junta se cubre con piezas metálicas o de madera, y se aprieta el conjunto con tornillos pasantes zunchos metálicos.

Este sistema pude usarse con los cortes mostrados en el ejemplo anterior, o como muestra la siguiente figura:

Ensambles a media madera: Este tipo de ensamble es uno de los más simples, y tiene numerosas aplicaciones como muestra la siguiente figura:

Ensambles de horquilla: Es otro ensamble utilizado con frecuencia, es más resistente que el anterior, pero requiere mayor trabajo y precisión. La siguiente figura muestra un ejemplo:

Ensambles de caja y espiga: Este tipo de ensamble se usa para uniones en ángulo recto, generalmente se lo utiliza en carpintería. Tiene numerosas variantes según el uso, de las cuales solo ilustramos las más comunes:

Ensamble de Tablas y tablones: Machimbre, unión de ranura y lengüeta, ensamble de caja y espiga, uniones encastradas, y uniones encola de milano. Detallados a continuación: Machimbre: Es sin dudas la forma más utilizada para unir tablas o tablones de canto. Generalmente se fabrica estandarizado en aserraderos, como se muestra en la siguiente figura:

Unión de ranura y lengüeta: Este es otro método bastante utilizado, se usa para medidas que no pueden ser machimbradas, o para unir poca cantidad de tablas. A continuación algunos ejemplos:

Ensambles de caja y espiga: Al igual que el ensamble de tirantes por este método, se utiliza para uniones en ángulo recto. Este método de caja y espiga tiene muchas variantes, de las cuales ilustramos las más simples a continuación:

Uniones encastradas: Se usan principalmente para estanterías que no requieran demasiado esfuerzo. Tiene algunas variantes, de las cuales ilustramos la más sencilla, de ranura recta:

Uniones en cola de milano: Es el método más resistente para unir dos tablas perpendiculares ya que posee una gran resistencia mecánica. Este método tiene un sin fin de variantes, de las cuales ilustramos las más simples a continuación:

Columnas: Las columnas de madera pueden ser macizas, o de varias piezas ensambladas, las cuales detallamos a continuación: Columnas macizas: Generalmente se unen al techo mediante un ensamble a media madera, o en forma de U, como muestra la siguiente figura:

Columnas de piezas ensambladas: De las numerosas variantes, solo ilustramos la más utilizada, que consiste en dos tablas paralelas separadas por tacos de madera. El conjunto se prensa por medio de tornillos pasantes.

UNIONES CLAVADAS. Por lo general las uniones clavadas son las más económicas, y son muy usadas en especial para viviendas y edificaciones pequeñas construidas en base a entramados. Los clavos se fabrican en un amplio intervalo de tamaños y formas, según el uso que se quiera dar. Varían en tamaño desde las pequeñas tachuelas a gigantescas escarpias. Los clavos se clavan mediante un martillo, sin embargo para clavar muchos clavos, actualmente se cuenta con una gran variedad de dispositivos mecánicos para clavar. Todas las especies del grupo estructural C y muchas del grupo B pueden clavarse fácilmente, sobre todo cuando la madera se encuentra en condición verde; las maderas más densas y/o secas son por lo general más difíciles de clavar. Si se clavan maderas del grupo estructural A es conveniente hacer un pre-taladro con un diámetro del orden de 0.8 veces el diámetro del clavo, esto a menos que se usen clavos de alta resistencia, clavados mediante dispositivos mecánicos especiales. Se debe hacer notar que en cualquier unión se debe usar como mínimo al menos 2 clavos.

Uniones encoladas. Son uniones rígidas de efecto resistente superficial proveniente de acciones mecánicas y químicas. Su rigidez es tal que generalmente falla antes la madera vecina a la unión. Corresponden al medio de unión de maderas más nuevo y se proyecta el de mayores posibilidades para el futuro. Sus principales ventajas se detallan a continuación: i)

Posibilitan la ejecución de secciones de piezas no limitas por las del material original.

ii)

ii) La efectividad de las secciones transversales compuestas encoladas es completa,

iii)

esto es, no se producen corrimientos relativos entre los componentes.

iv)

iii) Facilita la industrialización en la producción (prefabricación).

v)

iv) Permiten un consumo económico de la madera (tablas y tablones).

vi)

v) Neutralizan las fallas naturales de la madera.

vii)

vi) Las uniones endentadas y en bisel permiten la construcción de uniones no

viii)

visibles originando piezas de considerable longitud.

ix)

vii) Las estructuras encoladas poseen una alta resistencia al fuego, e incluso pueden

x)

ser calculadas para este objeto.

xi)

viii) Se materializan sin debilitar las piezas a unir como sucede con los restantes

xii)

medios de unión.

xiii)

ix) Implican economías en el consumo del acero.

xiv)

x) La construcción de estructuras laminado encoladas permite solucionar

xv)

óptimamente los requisitos estáticos como arquitectónicos.

xvi)

xi) Estas últimas estructuras poseen una excelente resistencia a los ataques

xvii)

químicos.

xviii)

xii) Abren posibilidades de ampliaciones, reparaciones en obra, modificaciones y

xix)

desmontaje sin grandes dificultades.

Uniones apernadas. Son uniones desmontables de tipo puntual. El perno constituye uno de los medios de unión más antiguos y usados pese a que la capacidad de transmisión de carga en relación al consumo de acero es bastante reducida. En el funcionamiento de una unión apernada se producen tres fases distintas en la transmisión de fuerzas: a) En un comienzo, y especialmente para pernos fuertemente apretados la unión trabaja por roce. Luego los pernos se ubican contiguos a la madera presionando las paredes de los agujeros.

b) Esta presión que inicialmente es uniforme en su distribución sobre la superficie del agujero, con el aumento de la carga se des uniformiza debido al efecto flector que se produce en el perno, generándose concentraciones localizadas de tensiones en los bordes de la madera. El perno deformado se incrusta en la madera. c) Finalmente, esta deformación del perno es tal que los corrimientos que ha experimentado la unión superan ampliamente las deformaciones admisibles en uniones estructurales. Para efectos de cálculo de uniones apernadas se considera la segunda fase. Las uniones con pernos deberán realizarse de manera que exista contacto efectivo entre las piezas unidas. Si el contenido de humedad es alto, al efectuarse el montaje de la estructura en cuestión deberán hacerse inspecciones a intervalos no superiores a seis meses hasta verificar que los movimientos por contracciones han dejado de ser significativos. En cada inspección deberán apretarse los elementos de unión hasta lograr un contacto efectivo entre las caras de las piezas unidas. Además se recomienda que todos los elementos metálicos utilizados con madera húmeda tengan un tratamiento anticorrosivo. Las uniones apernadas son particularmente eficientes con maderas de los grupos estructurales A y B, pero pueden utilizarse con maderas del grupo C. Cuando se utilicen piezas metálicas de unión, los agujeros deberán localizarse de manera que queden correctamente alineados con los agujeros correspondientes en las piezas de madera. Se colocará una arandela entre la cabeza o la tuerca del elemento de unión y la madera para evitar esfuerzos de aplastamiento excesivos. Las arandelas podrán omitirse cuando la cabeza o la tuerca del elemento se apoyen directamente sobre una placa de acero. Las cargas admisibles están basadas en resultados de ensayos efectuados a uniones con pernos según la norma ASTM D 1767 – 74, sometidos a doble cizallamiento. Estos resultados corresponden a 46 especies, con uniones cargadas paralelamente al grano o en dirección perpendicular al grano del elemento central y con relaciones entre el espesor del elemento central y el diámetro del perno.

Uniones sometidas a doble cizallamiento. Las cargas admisibles que se presentan en la Tabla 5.7. son directamente aplicables a uniones sometidas a doble cizallamiento para el caso en que el espesor de cada uno de los elementos laterales es igual a la mitad del espesor del elemento central. Esto es aplicable tanto para cargas paralelas como perpendiculares al grano. Para aquellos casos en que el espesor de los elementos laterales no alcanza a ser la mitad del espesor del elemento central, se ha optado por considerar como útil solamente el doble del espesor de los elementos laterales. Para los casos en que el espesor del elemento central no llega a ser el doble de los laterales, se recomienda que el espesor útil de los elementos laterales sea sólo la mitad de aquel elemento central.

Este tipo de procedimiento es el que se utilizaba antiguamente de forma casi exclusiva, y el hecho de que cada vez fuera más difícil encontrar artesanos carpinteros que las realizaran hizo que cayeran en desuso. Sin embargo, en la actualidad se han recuperado este tipo de uniones, gracias a la fabricación asistida con ordenadores mediante control numérico, de madera que se reducen costes y se aumenta la precisión de ejecución. La mayoría de las uniones empleadas en las estructuras de madera son las del grupo de uniones de tipo mecánico, en las que intervienen herrajes metálicos para la transmisión de esfuerzos. Los herrajes y demás elementos metálicos presentan una serie de ventajas respecto a otros sistemas de unión de elementos estructurales. Implican un menor coste de mano de obra en el montaje, ya que se coloca de una manera sencilla, sin necesidad de conocimientos específicos para la instalación. Las uniones tradicionales sin embargo, obligan muchas veces a realizar operaciones de ajuste en obra siendo necesarios conocimientos de carpintería para su correcta ejecución. Además mediante herrajes estándar realizados por empresas especializadas que se encargan de diseñar y someter a ensayos de resistencia, se permite ejecutar la totalidad de las uniones repetitivas dentro de una estructura de madera proporcionando mayor eficacia y rapidez.

BIOGRAFIAS:

https://es.slideshare.net/mauriciosierra777/15272096disenodeunionesdemadera.

http://www.habitatyvivienda.gob.ec/wpcontent/uploads/downloads/2016/10/GUIA-4-MADERA.pdf.

http://cybertesis.uach.cl/tesis/uach/2003/bmfciv297d/doc/bmfciv297d.pdf.

file:///C:/Users/steyner%20ocampo/Downloads/15272096-diseno-deuniones-de-madera-131002213724-phpapp01.pdf.

http://infomadera.net/uploads/publicaciones/pdf_291_Cap%2014%20Uni ones%20carpinteras%20c%C3%A1lculo.pdf.