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• Enrique Lucas

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INTRODUCCIÓN

Las diferentes formas en las que se puede unir la madera dependerán del uso que se le dará, en general esto se hace con el fin de que dos o más elementos trabajen como un solo, para que los esfuerzos de compresión, tracción y de más, se distribuyan de forma correcta o en su totalidad evitando durante este proceso que la unión y los elementos de madera sean dañados. Gracias a las características físicas de la madera que la hacen fácil de cortar con diferentes herramientas permiten una unión entre los dos elementos con el fin que se acoplen de forma precisa, en ocasiones se es necesario utilizar adhesivos que evite que se separen los elementos. Debido a que la madera trabaja tanto en compresión como en tracción fácilmente las uniones sufrirán de ambos esfuerzos continuamente, esto las hace un foco de posible falla si su elaboración es incorrecta o se elije el tipo incorrecto de unión.

CONTENIDO Introducción .............................................................................................................................. 1 Ensambles .................................................................................................................................. 3 Ensambles a compresión ........................................................................................................................... 3 ENSAMBLE CAJA ESPIGA ................................................................................................................... 3 ................................................................................................................................................................... 5 ENSAMBLE DE BARBILLA Y REBAJE ............................................................................................... 6 Ensamble mediante rebaje en las piezas .................................................................................................... 6 Ensamble de cuelgue de tirante ................................................................................................................. 7 ENSAMBLE CON PERNOS .................................................................................................................... 7 Encaje de espiga redonda .......................................................................................................................... 8 ................................................................................................................................................................... 8 Ensamble a media madera ......................................................................................................................... 8 ................................................................................................................................................................. 10 Unión pico de flauta ................................................................................................................................ 10 Ensambles en horquilla ........................................................................................................................... 11 EMPALMES ............................................................................................................................... 13 Empalme de horquilla con mecha ........................................................................................................... 13 ................................................................................................................................................................. 13 EMPALME RAYO DE JUPITER .......................................................................................................... 13 Empalme de doble espiga ........................................................................................................................ 15 ................................................................................................................................................................. 15 Empalme de dientes triangulares ............................................................................................................. 16 Empalme de media madera por cuarteles ................................................................................................ 16 Unión con dientes de cruz ....................................................................................................................... 17 Empalme de llave .................................................................................................................................... 17 JUNTAS ..................................................................................................................................... 19 JUNTA DE GALLETA........................................................................................................................... 19 JUNTA PLANA Y REFUERZOS DE ESPIGAS ................................................................................... 20 Bibliografía ............................................................................................................................... 23

ENSAMBLES

ENSAMBLES A COMPRESIÓN

Son aquellos diseñados para transmitir esfuerzos de compresión, en los que en caso de inversión de esfuerzos el nudo puede desorganizarse. La transmisión del esfuerzo se realiza a través de tensiones entre las superficies en contacto, evitando el deslizamiento de una pieza sobre la otra mediante cajas y espigas o rebajes y en algunos casos herrajes metálicos.

ENSAMBLE CAJA ESPIGA

Ensambles en caja y espiga: Este es uno de los ensambles más utilizados en carpintera, existiendo una gran variedad de soluciones para cada trabajo específico, tales como el ensamble a caja y espiga sin retalón y con retalón. Para la fabricación de marcos de muebles y marcos para puertas y ventanas, la unión mas apropiada de todas es la caja y espiga, que puede ser con espiga a escuadra, a inglete a un lado, e inglete por ambos lados, las piezas verticales del marco son las que llevan por lo general las cajas y las horizontales las espigas. El procedimiento para la elaboración de una caja y una espiga es el siguiente: a. Después de cepillar la madera a escuadra, la condición previa mas importante para el buen ajuste de las distintas piezas del marco es el trazado o marcadoexacto. b. Se sujetan las piezas de forma que las piezas queden por pares derecha e izquierda, para luego proceder a trazar las cajas y las espigas con un gramil, este trazo debe ser un tercio del grueso de la pieza, en una pieza debe ir la espiga y en otra debe quedar la caja.

PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR LA ESPIGA Antes de empezar a elaborar la espiga, hay una serie de reglas de uso general que se deben aplicar para estar seguro de obtener un ensamble sólido.

a. Trace sobre la tabla la longitud de la espiga: Mida desde el extremo de la tabla una distancia igual a la longitud de la espiga y haga una marca. Use una escuadra para prolongar la marca a cada borde y lado de la tabla. Esas marcas representan las líneas del hombro de la espiga. b. Trace el grosor de la espiga en los bordes de la tabla: mida 1/3 del grosor de la pieza en cada cara y marque todos los cantos. Use una escuadra o un gramil para marcar los cantos desde la línea del hombro hasta el extremo de la pieza. Estas líneas se llaman perfiles. c. Trace el ancho de la espiga en las caras de la pieza: mida 1/3 del grosor de la pieza en cada cara y marque todos los cantos. Use una escuadra o un gramil para marcar los cantos desde la línea del hombro hasta el extremo de la pieza. Estas líneas se llaman perfiles. d. Corte los perfiles de la espiga. Sujete la pieza en un tornillo de banco con el extremo marcado hacia arriba. Use una sierra de costilla para cortar a lo largo de los perfiles hasta las líneas del hombro. e.

Corte las líneas del hombro. Ponga la pieza descansando sobre su parte más ancha y corte las líneas del hombro de todas las caras. Los trozos sobrantes irán desprendiéndose a medida que hace los cortes de las líneas de los perfiles.

LA ESPIGA DEBE CUMPLIR CON: ✓ Estar centrada y tener 1/3 del grosor de la pieza de madera. ✓ Tener un ancho de al menos 2/3 de la pieza. ✓ Tener una longitud mínima de 3/4".

PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR LA CAJA La caja se puede cortar en la cara, el extremo o el borde de la segunda pieza, dependiendo de la finalidad exacta del ensamble. En nuestro ejemplo la mortaja se cortará en el extremo de la pieza. Recuerde que la caja debe ajustarse perfectamente a la espiga. Debe haber la fricción suficiente para que el ensamble se sostenga si se encaja en seco. La unión no debe ser tan apretada que se tenga que golpear durante el ensamblado.

a. pieza en el punto donde se ensamblarán. Marque cada cara de la espiga en la cara de la segunda pieza. Use una escuadra para trasladar las marcas al borde de la pieza. Estas líneas representan el ancho de la caja. b. Trace el grosor de la caja: mida 1/3 del grosor de la pieza en cada cara y marque el canto. Use una escuadra o un gramil para marcar el canto de la pieza entre las líneas de anchura de la mortaja. Estas líneas representan el grosor de la caja. c. Use un taladro de banco con accesorio para elaboración de cajas o una máquina de escoplar para perforar a la profundidad deseada. d. Unir las piezas.

LA CAJA DEBE CUMPLIR CON: ✓ Del mismo grosor que la espiga. ✓ Del mismo ancho. ✓ Más profunda que la longitud de la espiga, entre 1/32" y 1/16",

ENSAMBLE DE BARBILLA Y REBAJE

En este caso la pieza comprimida no tiene realmente una espiga, sino que toda la anchura de esta hace de barbilla, apoyando sobre un rebaje en la pieza que la recibe. Tiene una ventaja respecto a la anterior de caja y espiga y es precisamente que no existe debilita- miento de su extremo al no adelgazar

ENSAMBLE MEDIANTE REBAJE EN LAS PIEZAS

Normalmente en estas uniones una de las barras está formada por dos piezas entre las que se encepa la pieza traccionada. Esta última dispone de unos rebajes y un talón que permiten transmitir el esfuerzo de tracción a través de compresiones y esfuerzos tangenciales. El perno tiene en este caso la misión de afianzar las piezas y evitar el desliza- miento

ENSAMBLE DE CUELGUE DE TIRANTE

La utilización de platinas metálicas atornilladas a las piezas de madera permite también la transmisión de esfuerzos de tracción. En la figura se recoge la solución más frecuente para la suspensión de un tirante de una cercha a su paso por el pendolón. En realidad, no se trata de un verdadero ensamble, ya que su misión es acortar la luz del tirante para las cargas transversales que pueda sufrir (peso propio y falsos techos), además de mantener en el mismo plano el tirante y el pendolón

ENSAMBLE CON PERNOS

Si los esfuerzos no son muy elevados puede recurrirse a la conexión mediante uno o más pernos. En este caso, si el perno es capaz de transmitir el esfuerzo en su totalidad puede hacer innecesario el talón y por tanto el rebaje. Sin embargo, el empleo de pernos por sí solos, resulta poco frecuente y normalmente se recurre al empleo de conectores metálicos o llaves de madera, que aumentan la capacidad de transmisión de esfuerzos

ENCAJE DE ESPIGA REDONDA Similar al encaje de espiga simple, pero con una mecha en forma cilíndrica. Puede ser propia o postiza, pero es importante guardar una proporción entre la longitud y el diámetro de la espiga. Si fuese muy larga o estrecha, podría quebrarse y se rompería la unión.

ENSAMBLE A MEDIA MADERA

Los ensambles a media madera permiten de manera análoga a los de caja y espiga, unir dos piezas de madera de igual grosor que formen entre sí cierto ángulo y se reúnan por los extremos o en medio de una de ellas o bien atravesándola. Se recurre al ensamble de media madera para reunir dos maderos que se crucen en ángulo recto u oblicuo. Hay que tener en cuenta que es uno de los ensambles menos estables de todos los que se pueden realizar y que requiere un buen encolado para que tenga cierta solidez. Cualquiera que sea el tipo particular de ensamble a media madera que se lleve a cabo, en una de las piezas se realiza una entalla cuya longitud corresponde a la anchura de la pieza que se encaja y cuya profundidad corresponde a la mitad del grosor de ambas piezas.

El más clásico de los ensambles a media madera es el que permite unir dos piezas que forman un ángulo recto por sus extremos. Es la manera típica de conseguir el montaje de diversos tipos de marcos y armazones. En este caso se emplea el gramil para realizar el marcado en cada uno de los extremos de los maderos y luego se procede a realizar el rebajo, cuya profundidad corresponderá a la anchura de la otra pieza. En este caso se realiza un rebajo en lugar de una entalla, puesto que el labrado está abierto por uno de sus lados. Después de haber marcado con el gramil, sólo queda por practicar el rebajo con ayuda de un serrucho y proceder a un buen encolado. El ensamble a media madera y en cruz permite reunir dos maderos que se entrecruzan dispuestos en su sentido plano. Pueden entrecruzarse formando ángulos de 90° o bien en forma oblicua, de modo que dos ángulos de la misma abertura se opongan por el vértice y que, naturalmente, la abertura del ángulo menor quede suplementada por la del mayor. En este caso, lo que hay que practicar son verdaderas entallas, es decir, que el labrado o rehundido en el madero esté delimitado por dos cortes paralelos entre sí y cuya separación corresponda al grosor de ambas piezas que se entrecruzan. Su trazado se realiza también con el gramil y hay que marcar con mucha precisión la anchura de la entalla para que se produzca la exacta coincidencia entre ambas piezas. El recorte se lleva a cabo con la sierra y luego se elimina la madera sobrante con el formón. En el entrecruzamiento oblicuo de dos maderos (generalmente con el ángulo menor de 45°) hay que marcar primeramente el trazo oblicuo en el paramento de las piezas. Esto se lleva a cabo con una falsa escuadra o también colocando en posición adecuada la escuadra de carpintero, si se dispone de ella. Se presenta la otra pieza y se determina la anchura de la entalla en función de dicha pieza superpuesta. También en este caso la profundidad de la entalla se traza con el gramil. Los límites de la entalla se realizan con una sierra de costilla y se arranca el material sobrante con el formón. Encolar y ajustar ambas piezas con ayuda de un mazo.

UNIÓN PICO DE FLAUTA Prácticamente igual que el anterior, pero con un corte oblicuo. Aunque su estética es más bonita,

la unión debe reforzarse con tornillos de tuerca o abrazaderas ya que el corte oblicuo actúa como deslizante. Por este motivo, no es recomendable para soportar grandes cargas. es el más sencillo, pero también requiere un trazado meticuloso, pues necesita una falsa escuadra para que resulte cómodo y preciso, sin sufrir equivocaciones con los marcados de los sesgos. Su solidez se puede reforzar con unas clavijas insertadas a ambos lados del punto de entrecruzamiento, es decir, en el centro.

ENSAMBLES EN HORQUILLA

Para las uniones que vayan a soportar esfuerzos estructurales especiales o tratándose de maderas gruesas, se deben elaborar cajas y espigas dobles, las cuales se definen como de horquilla. El procedimiento para la elaboración de estas es muy similar al de caja y espiga, siempre se debe tener en cuenta que la madera debe estar completamente seca, ya que se originarían problemas posteriores, como desajustes y desarmes de las estructuras.

Realización de las espigas Antes de empezar a elaborar la espiga, hay una serie de reglas de uso general que debiera usted aplicar para estar seguro de obtener un ensamble sólido. La espiga debe: •

Longitud, ancho y grosor de las espigas.

•

Espiga marcada para el corte.

•

Tener un ancho de al menos 1/5 el de la pieza.

•

Tener una longitud mínima de 3/4".

a. Trace sobre la tabla la longitud de las espigas: Mida desde el extremo de la tabla una distancia igual a la longitud de las espigas y haga una marca. Use una escuadra para

prolongar la marca a cada borde y lado de la tabla. Esas marcas representan las líneas del hombro de las espigas. b. Trace el grosor de las espigas en los bordes de la tabla: mida 1/5 del grosor de la pieza en cada cara y marque todos los cantos. Use una escuadra o un gramil para marcar los cantos desde la línea del hombro hasta el extremo de la pieza. Estas líneas se llaman perfiles. c. Corte los perfiles de la espiga. Sujete la pieza en un tornillo de banco con el extremo marcado hacia arriba. Use una sierra de costilla para cortar a lo largo de los perfiles hasta las líneas del hombro. d. Corte las líneas del hombro. Ponga la pieza descansando sobre su parte más ancha y corte las líneas del hombro de todas las caras. Los trozos sobrantes irán desprendiéndose a medida que hace los cortes de las líneas de los perfiles. Hacer la caja: La caja se puede cortar en la cara, el extremo o el borde de la segunda pieza, dependiendo de la finalidad exacta del ensamble. La caja debe ajustarse perfectamente a la espiga. Debe haber la fricción suficiente para que el ensamble se sostenga si se encaja en seco. Pero la unión no debe ser tan apretada que se tenga que golpear durante el ensamblado. Para evacuar el material sobrante se debe utilizar un formón o un escoplo de la medida de las cajas y las espigas La caja debe ser: •

Del mismo grosor que la espiga.

•

Del mismo ancho.

•

Más profunda que la longitud de la espiga, entre 1/32" y 1/16", para evitar que ésta sobresalga de la caja.

a. Trace el ancho de las cajas. Coloque las espigas sobre la cara de la segunda pieza en el punto donde se ensamblarán. Marque cada cara de las espigas en la cara de la segunda pieza. Use una escuadra para trasladar las marcas al borde de la pieza. Estas líneas representan el ancho de la caja.

b. Trace el grosor de las cajas: mida 1/5 del grosor de la pieza en cada cara y marque el canto. Use una escuadra o un gramil para marcar el canto de la pieza entre las líneas del ancho de la caja. Estas líneas representan el grosor de la caja. c. Use un taladro de banco con accesorio para elaboración de cajas o una máquina de escoplar para perforar a la profundidad deseada. d. Unir las piezas. e. EMPALMES EMPALME DE HORQUILLA CON MECHA El empalme en horquilla ofrecido es una variante más sólida que la corriente, en que las piezas se unen a tope recto, ya que en este caso reciben un corte sesgado que permite una más efectiva acción de la cola. Es un trabajo delicado que sólo se logrará después de un minucioso marcado con unos cortes precisos: tanto la horquilla como la mecha tienen forma triangular. En realidad, más que una mecha es una espiga que sólo tiene saliente una mitad en sentido diagonal.

EMPALME RAYO DE JUPITER

El empalme denominado en rayo de Júpiter es una variante aún mucho más estable que la anterior, ya que los dientes triangulares que se proporcionan a ambas piezas compensan el efecto de tracción que sufre el larguero empalmado. Visto de lado, el trazado tiene forma de zigzag en lugar de un solo trazo recto. Este sistema es muy utilizado en la colocación de tarima de madera y la mayoría de los machihembrados. Este tipo de empalme es frecuente en los tirantes de las cerchas. Generalmente se añaden pernos o bridas que sirven para afianzarlo y evitar la tendencia al giro. Muchas veces estos pernos sirven también para reforzar la unión mecánicamente, debido a la escasa capacidad resistente del empalme.

Habitualmente su diseño incluye unos tacos con forma de cuña (o llave) que facilita el montaje y su ajuste, aunque también es posible encontrar ejemplos sin este elemento auxiliar. En trazado geométrico del rayo de Júpiter se marcan los extremos a tres veces la altura de la sección del tirante, h, donde se localizan los puntos A y B. La recta que une estos puntos, línea media, cortan en el centro al eje del tirante en el punto C. Desde los puntos A y C (y B y C) se trazan arcos de circunferencia de radio igual a su distancia, con el fin de obtener un triángulo equilátero. De esta forma, la prolongación de uno de los lados del triángulo ofrece el corte A-D y B-E que terminan al encontrarse con las rectas auxiliares trazadas a 1/5 de la altura de la pieza h. Al unir los puntos A con E y B con D se definen las líneas de corte y el grueso del taco de apriete. Es aconsejable disponer pernos transversales situados a ¾ de h, a cada lado del eje del empalme.

EMPALME DE DOBLE ESPIGA Las espigas van abiertas y se ven por ambos lados, Aunque parezca más reforzado que la simple no lo es, siendo solo recomendado para unir piezas estrechas, conectadas por el lado más largo. La doble espiga es útil cuando es muy ancha una sola y puede sobresalir la sección como para debilitar al larguero o cerco Este ensamble tiene gran resistencia al alabeo su manufactura es similar al de una espiga solo que divide en cinco partes, en lugar de tres. Este tipo de ensamble es muy agradable cuando se hace la caja completa ya que le da un acabado muy vistoso al ensamble, no necesariamente tiene que ser doble espiga pueden ser las que requiramos por necesidad o vista.

EMPALME DE DIENTES TRIANGULARES Es complejo de realizar y requiere mucha precisión. Para fuerzas de compresión no es útil ya que es muy fácil. Por el contrario, es estéticamente atractivo, muy útil para acabados laminados. Mediante un buen ajuste y utilizando las colas apropiadas, da unos excelentes resultados frente a los

esfuerzos

de

flexión.

Si el empalme está sometido a esfuerzos de compresión, hay que reforzarlo mediante zunchos, abrazaderas o bridas, para que las puntas triangulares no sufran. Este tipo de empalme es muy utilizado en la construcción de la madera laminada.

EMPALME DE MEDIA MADERA POR CUARTELES

Es otro de los más comunes, por ejemplo, en la construcción de muebles. El grueso de los dientes deberá ser de ¼ del espesor de la pieza. Recuerda que es importante un buen encaje para una unión efectiva.

UNIÓN CON DIENTES DE CRUZ Es el más recomendable para soportar grandes pesos, siempre que lo permita la sección. Las espigas y las cajas deben ser rectas y cortadas con precisión. Aunque parezca fácil, es una de las más difíciles de conseguir, pero su diseño permite unir la madera con gran solidez y estabilidad.

EMPALME DE LLAVE

Este tipo de unión es utilizado con frecuencia en el empalme de las piezas que forman los tirantes de las cerchas. El esfuerzo de tracción, Nd, se transmite de una pieza a la otra a través de una compresión paralela a la fibra aplicada sobre la testa del rebaje con una superficie b·t. Asimismo,

el esfuerzo pasa a la sección completa del tirante a través de un esfuerzo rasante de tensiones tangenciales en el plano de superficie b·l,. Para la longitud del cogote, l, hay recomendaciones de valores del orden de 1 a 1,5 veces el canto h de la pieza, y para el rebaje, t, un valor igual a h/4, Más adelante se expone procedimiento de dimensionado en el que se deducen valores que en algunos casos difieren notablemente.

Empalme de llave.

En el estrechamiento de la sección del tirante existe una excentricidad e, del axil Nd, que produce una flexión que provoca una tendencia al giro y desarmado del nudo, figura Figura a. Este efecto puede contrarrestarse realizando unas entalladuras en los extremos que impidan el giro anterior, Figura b. El montaje de las piezas, en este caso, es más difícil, y debe hacerse lateralmente con un desplazamiento horizontal. Otra opción es la disposición de bridas metálicas que abracen el tirante a ambos lados; este atado transversal sirve complementariamente para reducir o evitar la tracción perpendicular a la fibra. Finalmente, para facilitar el montaje del empalme y su ajuste, se suelen disponer unas cuñas en el punto central de encuentro. En estos casos, la tensión en la superficie de contacto será de compresión perpendicular a la fibra en la cuña. Por este motivo deberá utilizarse una madera de elevada resistencia a compresión perpendicular, generalmente una frondosa. La solución con cuña permite un reajuste de la unión cuando la madera sufre una merma debido a la pérdida de humedad. En el texto Uniones (Gerner 2002) se encuentran las siguientes recomendaciones para las proporciones entre las dimensiones representadas en la Figura a y b, que deben ser confirmadas por el cálculo. La longitud del cogote será igual al canto del tirante (l = h). El rebaje será igual a un quinto del canto del tirante (t = h/5). Y, por tanto, el canto del tirante en la zona rebajada será igual a 2/5 del canto del tirante (hr = 2h/5). Como se verá más adelante, por cálculo se deducen

valores optimizados del rebaje menore

JUNTAS JUNTA DE GALLETA Aquí, las "galletas" de madera se pegan en ranuras cortadas en la madera para mantener juntas dos piezas de madera. Esta junta sobresale en madera contrachapada y otros materiales de ingeniería. Proporciona una gran cantidad de superficie de encolado, así como la resistencia de las galletas. Las galletas son buenas para el trabajo de casos y para reforzar y alinear las juntas de los bordes. Sus ventajas son que funciona bien en madera contrachapada y es rápido y relativamente fácil. También es una articulación oculta. La principal desventaja es que el diseño puede ser confuso hasta que aprendes a hacerlo.

JUNTA PLANA Y REFUERZOS DE ESPIGAS Este tipo de junta se emplea para obtener mayor resistencia a la rotura de la madera. En toda la longitud de la ranura se reparten y realizan unos huecos o cajas a una distancia prudencial entre ellos para evitar que la madera se resquebraje. En dichas cajas se colocan unas espigas postizas que permitirán a la junta resistir esfuerzos considerables, tales como mesas extensibles y sobres supletorios en general.

JUNTA PLANA RAYADA Este es un tipo de acoplamiento que se deriva de la utilización del cepillo de dientes sobre secciones considerables. Esta junta puede llegar a tener una gran adherencia si mecánicamente se logra una mayor profundidad de los dientes.

JUNTA PLANA O A TOPE REFORZADA CON CLAVIJAS Junta consistente en reforzar la unión mediante clavijas de madera colocadas en el centro del grueso de la masa leñosa a unir. Estas clavijas pueden ser de diferentes texturas de acuerdo a la mayor o menor adherencia buscada. ← Clavijas rayadas en diferentes versiones. Las galletas son buenas para el trabajo de casos y para reforzar y alinear las juntas de los bordes. Sus ventajas son que funciona bien en madera contrachapada y es rápido y relativamente fácil. También es una articulación oculta. La principal desventaja es que el diseño puede ser confuso hasta que aprendes a hacerlo. Este gabinete se ensambla exclusivamente con carpintería de galletas. Más adelante se agregará un marco frontal para proporcionar rigidez y ocultar el contrachapado.

CONCLUSIÓN La mayoría de las uniones son eficientes pero un detalle destacado es que, mientras más compleja sea la forma de la unión como por ejemplo el empalme triangular, será de mejor eficacia. Con la única dificultad de que se requiere de bastante habilidad y tiempo de mano de obra para realizar cada una. Por este motivo es más común ver unión de fácil realización como las uniones caja espiga, que son eficientes y de rápida realización, sin embargo, cada unión se basa en una necesidad por eso es importante colocar la unión correcta según los esfuerzos que esta deberá trasmitir, no se debe priorizar el tiempo de realización sobre la seguridad de la estructura.

BIBLIOGRAFÍA CARPINTERIA, B. A. (s.f.). EL MANIPULADO. OCEANO/CENTRIUM. Madera, S. E. (2011). Diseño y cálculo de uniones en estructura de madera. Madera, U. E. (s.f.). Uniones estructurales en Madera . colombia: sena. Uniónes, L. C. (s.f.). Libro Casas de Madera Medios de unión. Unidad 8.