28.5.13

DISEÑO DE UNIONES EN ESTRUCTURAS DE MADERA (III)

d) Clave de arcos y pórticos
Enlace articulado en la clave de un pórtico de madera laminada encolada de pequeña luz. El encuentro entre las piezas se realiza a media madera y se cosen con un perno.


Pórtico de madera laminada encolada formado por dos pilares biarticulados y un dintel que se encuentra también articulado en la clave. Los dos tirantes metálicos en diagonal aportan la estabilidad al conjunto. Otro tirante horizontal resiste el empuje horizontal en los apoyos. La articulación de la clave se realiza mediante un herraje oculto que consiste en una chapa interior que sirve de arranque a los tirantes y se une a la madera mediante pasadores. Cuatro de los pasadores se sustituyen por pernos para afianzar la unión.


Clave articulada de los arcos de una pasarela realizada
con herrajes exteriores con chapa galvanizada. La cara
superior del arco se encuentra protegida con una albardilla
metálica y la madera está tratada en profundidad.


e) Apoyo de vigas
Viga curva biapoyada. Detalle del apoyo articulado mediante un herraje que abraza la pieza hasta aproximadamente dos tercios del canto con pernos para resistir los efectos de la succión. Uno de los apoyos debe ser deslizante para evitar empujes sobre la cabeza de los pilares.
Esto puede conseguirse con orificios en forma de ranura horizontal, añadiendo una plancha de teflón en la base para disminuir el rozamiento. En caso contrario el pilar recibirá cierto empuje horizontal que se traduce en una flexión y desplazamiento horizontal del pilar, que puede ser admisible.


Apoyo simple de una viga biapoyada de una pasarela peatonal. El herraje de apoyo tiene una bandeja elevada del suelo con la ventaja de evitar parcialmente el agua de lluvia y de salpicadura. El herraje se afianza con dos pequeños pernos.
La madera deberá estar tratada en profundidad para la clase de uso 3 o tal vez 4.


Apoyo de una viga de madera laminada encolada sobre la cabeza de un pilar de hormigón. La bandeja de apoyo vuela ligeramente para aumentar la superficie a compresión perpendicular a la fibra. Cuatro pernos pequeños afianzan abajo la unión y resisten los posibles esfuerzos de succión. Arriba aparecen otros 4 pernos que sirven para anclar la diagonal de arriostramiento y el herraje de la correa.


f) Apoyo de correas
Típico apoyo articulado de una correa sobre una viga. La cara superior de la correa queda enrasada con la de la viga. El herraje llega hasta dos tercios del canto de la correa y la conexión se realiza mediante clavos corrugados o de adherencia mejorada.


Apoyo de una correa sobre una viga de hormigón armado. El herraje es similar al normal, pero la conexión al hormigón se efectúa mediante tornillos con tacos.


Apoyo de una correa continua sobre una viga. En este caso la correa apoya sobre la cara superior de la viga, lo que permite disponer vanos continuos de correas y el paso de instalaciones. En este caso el herraje del apoyo debe ser capaz de transmitir los esfuerzos de arriostramiento a la viga. También en la unión se observa un herraje para el anclaje de los tirantes de arriostramiento.


Correas que apoyan sobre una viga de cumbrera mediante un ensamble de cola de Milano Redondeada. La unión queda oculta y el resultado es muy limpio. Normalmente se deben disponer tirafondos oblicuos entre correa y viga como refuerzo en caso de incendio.


Apoyo de correas mixtas de madera y alma metálica para naves industriales. El apoyo en la viga se realiza mediante herrajes clavados.


g) Empalmes
Empalme que trabaja a tracción realizado mediante tres chapas interiores de acero que se conectan a la madera con pasadores. Las chapas de un extremo y otro de las piezas se unen entre sí mediante un solape de las chapas que se atornilla con los elementos que asoman en la línea central.


Junta de transporte en un pórtico. Se trata de un empalme con capacidad de transmisión de momentos flectores (semirrígido) que transmite la tracción y compresión con las chapas metálicas de los extremos de la sección y con un herraje central para el cortante. La sección mantiene su libertad para la merma debida a la pérdida de humedad.


Empalme articulado denominado junta Gerber, utilizada en las vigas continuas. El herraje queda oculto y sirve de apoyo a la pieza que viene del lado izquierdo y sube la carga hasta la parte superior de la viga volada que viene del lado derecho. Los orificios de abajo en la pieza volada, y los de arriba en la pieza apoyada, deberían tener forma de ranura vertical para permitir el movimiento por merma de la madera.


Empalme articulado de una viga continua (junta Gerber) realizado con un simple encuentro a media madera invertido, de manera que la viga de la derecha se cuelga del voladizo de la izquierda mediante un perno que dispone de una arandela (placa de reparto) en la cara inferior y superior.


Empalme articulado de una viga continua (junta Gerber). El herraje es oculto y tiene forma de doble T con un alzado oblicuo. Las alas de la T descansan sobre la cara superior de la viga volada y abajo las alas de la T sirven de apoyo a la viga que viene del lado derecho.


h) Nudos de celosía
Encuentro entre tres piezas de madera aserrada con una chapa interna de acero inoxidable alojada en un cajeado. Se une a la madera mediante pernos. La conexión trabaja a doble cortadura con chapa interior.


Nudo de una celosía donde se encuentran cuatro piezas de madera laminada encolada con dos chapas exteriores y pernos de conexión.


Empalme de un tirante de una celosía con un cubrejuntas de madera en el interior que se conecta a las piezas con pernos. Trabajan a doble cortadura (madera-madera). Además, llega un puntal y los dos tirantes de arriostramiento, que sirven para reducir la longitud de pandeo del cordón inferior en caso de inversión de esfuerzos.


Nudo de encuentro entre un par y un tirante mediante un ensamble tradicional de embarbillado de talón. Sin embargo, en el interior se ha dispuesto una chapa de acero que se conecta con cuatro pernos. Posiblemente, el herraje sea sólo para afianzar la unión y resistir alguna tracción.


Encuentro entre un par simple que queda encepado por el tirante doble y que se conectan mediante pernos que trabajan a doble cortadura. El centro de gravedad de los pernos es coincidente con los ejes de las piezas.


FRANCISCO ARRIAGA MARTITEGUI. GUILLERMO ÍÑIGUEZ GONZÁLEZ. MIGUEL ESTEBAN HERRERO. RAMÓN ARGÜELLES ÁLVAREZ. JOSÉ LUIS FERNÁNDEZ CABO.

23.5.13

DISEÑO DE UNIONES EN ESTRUCTURAS DE MADERA (II)

2.3 Ejemplos de uniones
Un encuentro entre piezas de madera puede resolverse de diferentes maneras llegando en muchos casos a resultados eficaces. Unos sistemas tendrán algunas ventajas e inconvenientes comparados con otros, sin que exista una solución única. El proceso del diseño de la unión es, por tanto, un proceso abierto que se fundamenta en la experiencia del proyectista.
Cuando se proyecta una unión, sin tener una experiencia importante, es habitual y recomendable estudiar soluciones de encuentro construidas en obras existentes con el fin de servir de guía o inspiración (a veces para evitar repetir errores). Por este motivo, en este apartado se recogen uniones procedentes de obras existentes ordenadas por tipo de encuentro, incluyendo un breve comentario que reflexiona sobre las características de la unión. No pretende ser exhaustiva ni tampoco todas las soluciones presentadas pueden considerarse las mejores, sino que simplemente servirán de ayuda en el proceso de la decisión para diseñar la unión.
a) Apoyo de pilares
Pilar empotrado o en contacto con el suelo, que requiere un tratamiento químico en profundidad. El pilar está compuesto por dos cordones con separadores fijados con pernos. La vida útil de la estructura queda limitada a la vida de la madera tratada en contacto con el suelo (10 a 20 años).


Pequeño poste que descansa sobre una basa de piedra que a su vez arranca de un basamento corrido. Queda alejado del contacto con el suelo y de la humedad. No obstante, presenta decoloración por las salpicaduras en la parte baja, pero se encuentra bien ventilado. Su reposición en caso de fuerte deterioro es sencilla.


Pie derecho de madera maciza con un apoyo sobre una basa de piedra a través de un herraje de acero que encierra la pieza. El herraje no permite la ventilación de la madera en caso de entrada de agua al interior, aunque el alero puede llegar a impedir la llegada del agua de lluvia.


Pie derecho de madera maciza que descansa sobre una pieza metálica que lo separa del suelo. La carga se transmite a través de una chapa de asiento en la base, con dimensiones ligeramente inferiores a la sección del pilar. Las chapas laterales sirven para afianzar la unión mediante un perno. Esté permitiría resistir cierto esfuerzo de tracción en caso de succión del viento.


El pie derecho de esta estructura de una cubierta de aparcamiento está formado por dos piezas de madera con una separación entre sí donde se aloja una lengüeta de tablero. Su apoyo en el suelo se realiza a través de una chapa de acero inoxidable de igual espesor a la separación entre perfiles, para evitar el contacto con el suelo.


Cubierta en visera de un graderío. El pilar de madera laminada esta compuesto por dos cordones y su apoyo en la base es una articulación que queda ligeramente separada del suelo. En encuentro con el dintel podría ser una articulación, pero también un enlace rígido. La estabilidad de la estructura, considerando el apoyo articulado de la base del pilar, queda garantizada por el encuentro articulado del dintel en la estructura de hormigón.


Una opción muy interesante para conseguir un pilar empotrado sin recurrir a grandes herrajes, consiste en emplear pilares de celosía como el ejemplo de la figura. Cada cordón del pilar se articula a la base de forma sencilla, aunque se consigue que el conjunto quede empotrado. De esta manera la estabilidad del conjunto es fácil de alcanzar. Cada cordón del pilar está formado por dos piezas de madera y en la base la conexión se realiza mediante una chapa de acero colocada en el interior de ambas piezas. La madera queda también separada del nivel del solado.


Pilar de madera laminada encolada compuesto por dos cordones, que se encuentra empotrado en la base y su cabeza está articulada donde descansa una viga continua. El herraje del apoyo separa la madera del suelo y aloja un perfil de sección tubular rectangular que es cosido con las dos líneas de pernos que transmiten el momento flector.


b) Encuentro entre pilar y viga
El pilar de madera laminada encolada presenta en el extremo superior un hueco central donde se aloja la viga pasante a la que se une con cuatro pernos. Las cargas gravitatorias se transmiten por compresión en la superficie de apoyo, mientras que los pernos deben asumir los esfuerzos negativos debidos a la succión del viento.


Encuentro entre dos vigas biapoyadas sobre la cabeza de un pilar. Todas las piezas son de madera maciza de gran escuadría. El enlace se realiza con un herraje de chapas de acero interiores que se alojan en las testas del pilar y de las vigas. Dos pernos afianzan cada conexión.


Apoyo de sencillo diseño de una viga de madera laminada sobre un pilar metálico de tubo cuadrado hueco. La chapa de testa del pilar sirve de zapata que aumenta la superficie sometida a compresión perpendicular a la fibra. La fijación se realiza mediante 8 tirafondos.


Encuentro entre pilar y viga pasantes. El pilar presenta dos cajas laterales que reducen la sección localmente pero sirven de apoyo a las dos piezas que forman la viga. La unión se afianza con dos pernos. Las vigas compuestas por dos piezas más delgadas presentan esta cómoda forma de unir, pero también se reduce su eficacia frente al caso de incendio al reducir su anchura, ya que ambas piezas presentan las cuatro caras expuestas.


Pilar de madera laminada encolada de sección circular sobre el que apoya una viga de madera laminada encolada de sección rectangular. Un cajeado en la cabeza del soporte deja el paso libre a la viga continua que se asegura con dos pernos.


Apoyo de una viga de madera laminada de una cubierta en voladizo de un graderío sobre un pilar metálico de sección circular hueca. La chapa de testa del pilar sirve de zapata y aumenta la superficie de apoyo. Las pletinas laterales afianzan la unión y asumen los esfuerzos negativos debidos a la succión del viento. La barra horizontal que acomete a la cara de la viga sirve de elemento de estabilización del encuentro evitando la tendencia al giro del apoyo.


Apoyo de un par de cubierta sobre un pilar de hormigón. La chapa de asiento anclada en la testa del pilar de hormigón lleva una chapa soldada que se aloja en el interior de la pieza de madera. Dos pernos cosen la pieza de madera con la chapa interior. Las cabezas de los pernos se han ocultado con tapones de madera encolados. La base del apoyo del par es horizontal.


Apoyo de una viga pasante sobre un pilar de hormigón armado. La viga tiene una ligera pendiente, pero el plano de apoyo se desarrolla en horizontal con el fin de transmitir las cargas gravitatorias sin empujes horizontales. Los tirafondos que unen las chapas a la madera deben ser capaces de resistir los esfuerzos de succión.


Encuentro entre un pilar de rollizo y una viga de madera aserrada pasante y formada por dos piezas. El apoyo se realiza mediante rebajes en la sección del poste y se afianzan con dos pernos. Las tornapuntas aportan rigidez en el plano del pórtico y disminuyen la flexión en la viga.


c) Apoyo de arcos y pórticos
Apoyo articulado de arcos que se encuentran a separaciones no muy elevadas y con una luz variable, pero no grande. El apoyo es simple ya que no se requiere la transmisión de fuertes reacciones. Dos pernos unen las chapas laterales a la madera y cuatro anclajes al hormigón.


Arranque de un arco triarticulado de una pasarela. La unión se materializa con un bulón de giro libre entre las orejas de chapa de acero. El herraje abraza a la pieza de madera y se une con pernos. La solución de encerrar la madera con las chapas de acero puede tener el inconveniente de retener el agua de lluvia que escurre por la superficie de la pieza y con el tiempo producir manchas y el inicio de algún deterioro. No obstante, la cara superior del arco se encuentra protegida por una albardilla de chapa que impide o disminuye el efecto del agua de lluvia.


Apoyo articulado de un semipórtico o arco de madera laminada que se ha realizado con lo que se suele denominar articulación ficticia. El herraje que abraza la pieza de madera queda anclado al hormigón sólo en la parte central, para no coartar completamente el giro.


Articulación en el apoyo de un arco de gran luz (80 m aprox.). Puede observarse como la superficie de apoyo es menor que la sección del arco. Los pernos deben dimensionarse para resistir el cortante, la succión en su caso, y alguna norma indicaba que debería asumir al menos el 50 % del axil de compresión.


Este arranque articulado de los arcos principales de la pasarela presenta un herraje que abraza y rodea la pieza de madera. La unión se encuentra expuesta al exterior y el agua de lluvia puede quedar retenida en la unión. El sellado de la junta puede ser una solución, sino fuera por la esperada falta de mantenimiento. En estos casos es necesario la utilización de madera tratada en profundidad para clase de uso 4, y es recomendable dejar en la testa de la madera zonas sin chapa para permitir cierta ventilación. Debe observarse que la cara superior de los arcos no tiene un elementos de protección frente al agua de lluvia


Articulación del arranque de un arco junto con un pilar. Ambas piezas están articuladas y se conectan mediante pasadores que atraviesan chapas de acero interiores (dos en el caso del arco y una en el caso del pilar). Puede observarse como alguno de los pasadores se sustituye por pernos para afianzar la unión.


Apoyo articulado de un arco de 63 m de luz realizado con un herraje oculto. Una chapa interior se conecta a la madera mediante pernos. El resultado es limpio, su comportamiento al fuego mejor y aunque se trata de una estructura al interior, su exposición temporal a la lluvia durante el montaje no da problemas de manchas.


FRANCISCO ARRIAGA MARTITEGUI. GUILLERMO ÍÑIGUEZ GONZÁLEZ. MIGUEL ESTEBAN HERRERO. RAMÓN ARGÜELLES ÁLVAREZ. JOSÉ LUIS FERNÁNDEZ CABO

21.5.13

DISEÑO DE UNIONES EN ESTRUCTURAS DE MADERA

Introducción
1.1 Generalidades
En general, las estructuras de madera están formadas por piezas unidas entre sí. Las uniones constituyen puntos singulares que es necesario estudiar con todo detalle, ya que el agotamiento de una estructura se puede presentar simplemente por la falta de resistencia de una cualquiera de ellas.
El costo de las uniones es en general elevado, siendo frecuente que el conjunto de los elementos de conexión y sus operaciones anexas constituyan entre el 20 y 25% del costo total de la estructura.
Las uniones entre piezas de madera pueden clasificarse atendiendo a diversos criterios:
a) Por la forma del encuentro: se denominan empalmes cuando las piezas se enlazan por sus testas, ensambles cuando las piezas se cortan formando un determinado ángulo y acoplamientos cuando las piezas se superponen por sus caras, figura 1.1.
b) Por el medio de unión empleado, figura 1.2: Uniones carpinteras: aquellas en las que las piezas se unen mediante un trabajo de carpintería (caja y espiga, rebajes, esperas, etc.). Uniones mecánicas: aquellas que utilizan herrajes para la transmisión de esfuerzos (clavos, pernos, tirafondos, conectores); dentro de las uniones mecánicas se diferencian dos tipos de medios de unión en función del modo de transmisión de los esfuerzos: El primer tipo recoge a las denominadas “clavijas” y corresponde a los clavos, grapas, tornillos, pernos y pasadores.
El esfuerzo se transmite de una pieza a otra mediante cortante y flexión de la clavija provocando también, tensiones de aplastamiento en la madera a través del área proyectada de la clavija. El segundo tipo está constituido por los “conectores” (anillo, placa, dentados y placa clavo). El esfuerzo se transmite a través de una mayor superficie.


Uniones encoladas, cuando se utilizan adhesivos para la transmisión de los esfuerzos (madera laminada encolada, enlaces rígidos mediante barras encoladas, etc.). No son objeto de esta publicación.
El diseño de las uniones puede llegar a requerir una parte importante de tiempo y esfuerzo en el conjunto del proyecto de la estructura. El hecho de que esta fase se realice al final del proceso de cálculo propicia una atención menor que la debida.

Unión de empalme carpintera, mecánica y encolada

1.2 Consideraciones iniciales
En el diseño y cálculo de las uniones deben tenerse presentes algunas consideraciones previas que a continuación se resumen:
Deslizamiento de las uniones
Las uniones mecánicas sufren unos deslizamientos en su puesta en carga que pueden estimarse mediante el módulo de deslizamiento Kser, definido en la normativa. Este deslizamiento se origina como consecuencia del aplastamiento de la madera sometida a compresiones locales elevadas. Cada medio de unión tiene un módulo de deslizamiento diferente, por lo que no se pueden sumar directamente las capacidades de carga de cada uno. Por tanto, es importante tener presente que la capacidad de carga de un conjunto de diferentes medios de unión es, con frecuencia, menor que la suma de las capacidades de carga individuales. Por ejemplo, las uniones encoladas y mecánicas tienen muy diferentes propiedades de rigidez y no debe suponerse que trabajan solidariamente.
Desgarramiento en las uniones
Cuando se diseña una unión en la que existen muchos elementos de fijación colocados en línea o un conjunto de elementos agrupados en una área de la pieza, existe la posibilidad de que la capacidad de carga de la unión quede limitada por un desgarramiento de un trozo de la pieza sin llegar al agotamiento de la capacidad de cada elemento, figura 1.3. Estas situaciones son poco frecuentes pero pueden darse en casos de piezas de grandes escuadrías sometidas a grandes esfuerzos. En la norma se recoge el procedimiento para su comprobación.
Excentricidad de las uniones
En los nudos de la estructura el encuentro de las piezas debe realizarse, siempre que sea posible de forma simétrica y concéntrica, con el fin de evitar excentricidades. A veces, no es fácil evitar la excentricidad, y en estos casos deberá tenerse en cuenta en el cálculo. No obstante, si se puede modificar la posición y composición de las piezas a veces es posible eliminar su excentricidad.

Desgarramiento en una unión de empalme rígido con elementos concentrados en línea.


Excentricidad de la unión de la figura a, corregida en la figura b.

Hinchazón y merma
En el diseño de la unión no deben olvidarse los efectos de hinchazón y merma de la madera, originados como consecuencia de la variación del contenido de humedad. La práctica correcta es la colocación en obra de la madera con un contenido de humedad lo más próximo posible a la humedad de equilibrio higroscópico media de su situación en servicio. Sin embargo, hay situaciones donde no es posible evitar una variación del contenido de humedad.
Las piezas situadas en contacto con el ambiente exterior sufrirán los cambios de las condiciones climáticas; otro caso es el de las piezas situadas en interiores acristalados donde se pueden alcanzar altas temperaturas por efecto del soleamiento. Estas situaciones conducen a una variación de las dimensiones, que es despreciable en la dirección longitudinal pero considerable en la transversal.
Si los herrajes de unión se disponen de manera que impidan el libre movimiento de la madera y las dimensiones de las piezas son de cierta entidad (del orden de 80 o 100 cm) se originarán fendas cuando la madera pierda humedad.
En la figura se muestran varios casos típicos en los que puede producirse el fendado:
a) Apoyo de viga con restricción del movimiento en todo su canto; la solución puede ser dejar las fijaciones en la zona inferior.
b) Empalme rígido entre dos piezas de madera con chapas metálicas que impiden su contracción; una alternativa es la colocación de herrajes independientes para transmitir la flexión.
c) Nudo de esquina de pórtico con corona de pernos.
El encuentro de los pilares y el dintel con la dirección de la fibra prácticamente ortogonal desemboca en un movimiento diferencial que origina el fendado si las dimensiones de las piezas son grandes.
Tracción perpendicular a la fibra en las uniones
Ciertas disposiciones de uniones, figura, originan tensiones de tracción perpendicular a la fibra que pueden limitar la capacidad resistente de la unión. En la norma se recoge la comprobación a realizar en estas situaciones.
Para disminuir o evitar estas tensiones perpendiculares a la fibra, el diseño de la unión debe procurar que la posición del elemento de fijación que define la distancia he, esté lo más cerca posible del borde no cargado.

Fendado en uniones debidas a la merma de la madera


Ejemplo de unión donde se presentan tensiones de tracción perpendicular a la fibra

Diseño de la unión
2.1 Introducción
Las posibilidades creativas en el diseño de las uniones son enormes y no es posible definir una solución única para cada situación. El éxito del diseño de una unión se basa en cumplir los tres requisitos siguientes:
- Simplicidad: cuanto más sencilla sea la unión mejor será el resultado estético y mecánico, así como su cálculo.
- Mínimo material auxiliar: cuantos menos herrajes se necesiten mejor será el comportamiento al fuego y más limpio será su aspecto.
- Fabricación y montaje: serán preferibles las soluciones que requieran un proceso de fabricación y de montaje más sencillo.
En los últimos 20 años se ha podido observar un cierto cambio en el estilo de las uniones en estructuras de madera.
De uniones con grandes herrajes vistos y muchas veces pintados para hacerse más visibles, se ha llegado a unas uniones con menor presencia del acero al exterior, con protección por galvanizado y muchas veces con clavijas ocultas o de poca presencia al exterior (pasadores, tirafondos de doble rosca). Los herrajes de apoyo de correas utilizados en las estructuras de madera laminada encolada por lo general están fabricados con chapa plegada galvanizada y vista al exterior; sin embargo, en Europa existe una tendencia al herraje oculto en la testa de la correa y posiblemente cada vez se use menos el herraje visto.
Todo este proceso de cambio viene motivado por varias razones, entre las que se encuentran las especificaciones de incendio que conducen al ocultamiento y protección del metal, a los avances técnicos de materiales empleados en los herrajes, pero también a una evolución de la estética en el diseño de la estructura, que puede interpretarse como una mayor confianza en la madera como material estructural sin recurrir a la presencia del acero como acompañante o garantía de su eficacia.
2.2 Criterios para la selección del medio de unión
Los medios de unión pueden clasificarse en los grupos siguientes:
- Uniones carpinteras
- Uniones mecánicas:
· Clavijas:
· Grapas
· Clavos
· Tirafondos
· Pernos
· Pasadores
· Conectores:
· Anillo
· Placa
· Dentados
· Placas clavo
- Uniones encoladas
Cada medio de unión tiene una adecuación que es función principalmente de la escuadría de las piezas y del tipo estructural. A continuación se expone la práctica más habitual:
a) Uniones carpinteras: constituyeron en el pasado el sistema de unión tradicional en la carpintería de armar.
Actualmente ha recuperado su vigencia gracias a la fabricación mediante el control numérico. La precisión alcanzada es muy elevada y el costo se ha reducido notablemente.
Actualmente se emplean en estructuras de luces reducidas (hasta 10 o 12 m) y en obras de rehabilitación.
Las razones que llevan a utilizar este tipo de unión son, generalmente, de carácter estético, buscando una apariencia tradicional para la construcción; sin embargo, también resultan más económicas y presentan un mejor comportamiento al fuego.
En estructuras de luces mayores, generalmente con madera laminada encolada, las uniones carpinteras con cajas y otros rebajes no se emplean porque se llega a un sobredimensionado de las secciones que las harían poco económicas.
Una de las uniones carpinteras más utilizadas en cubiertas de viviendas unifamiliares es la de la cola de milano redondeada para las uniones entre pares o correas y vigas principales.
b) Uniones mecánicas: agrupan diversos tipos de elementos de fijación por lo que existen tipos adecuados para cada situación. A continuación se resumen los casos más frecuentes:
Clavijas:
- Grapas: generalmente se emplean para la conexión entre tableros y piezas de madera aserrada de pequeña escuadría (con gruesos comprendidos entre 38 y 50 mm aproximadamente). La aplicación característica es la fabricación de entramados ligeros de muros y forjados para la construcción prefabricada.
- Clavos: adecuados para la construcción ligera de madera en la unión entre tableros y piezas de madera aserrada y entre las propias piezas de madera aserrada de pequeña escuadría (grueso de 38 a 50 mm). Tienen capacidad de carga frente a esfuerzos laterales o de cortante, pero rara vez se aceptan para cargas axiales o de extracción.
También son utilizados en las uniones entre piezas de mayor escuadría como es el caso de las correas de madera laminada donde se emplean para fijar el herraje de apoyo a la viga principal. En estos casos los herrajes ya están pretaladrados para el alojamiento de los clavos.
En algunos casos se han utilizado para uniones de gran capacidad de transmisión de esfuerzos como elemento de fijación de las chapas de acero con espesores generalmente de 6 mm. En estos casos es frecuente el uso de clavos especiales de sección rectangular redondeada denominados “remaches para madera” (timber rivets).
- Tirafondos: se emplean en la fijación de piezas de madera de escuadría pequeña y mediana con similares funciones a la de los clavos, pero con la ventaja de poder resistir esfuerzos axiales. Esto último los hace especialmente indicados para el anclaje de herrajes, o piezas en general, sometidas a esfuerzos de arranque además del cortante. Así, ejemplos típicos son las fijaciones de los herrajes de anclaje de tirantes de arriostramiento, fijación de las correas sobre los pares, elementos auxiliares de afianzamiento en las uniones carpinteras, etc.
También se pueden utilizar en las uniones entre piezas de mayor sección (por ejemplo madera laminada encolada) como elemento de fijación de chapas de acero auxiliares.
- Pernos: se emplean en uniones entre piezas de madera maciza y madera laminada encolada. Por tanto, resultan adecuados para cargas pequeñas y grandes, utilizando diámetros adecuados. Permiten la conexión entre piezas de madera a través de chapas metálicas, tanto si están situadas en el interior como en el exterior.
- Pasadores: generalmente utilizados en las uniones entre piezas de mediana y gran escuadría. Tienen la ventaja de un mejor comportamiento al fuego, siendo más fácil su ocultación comparada con el caso de los pernos. Permiten la conexión mediante chapas de acero interiores, pero no al exterior. Se colocan con un grado de ajuste muy alto, lo que exige mucha precisión en el mecanizado de los agujeros. En uniones que puedan sufrir un esfuerzo transversal que provoque el desarmado del conjunto deberán acompañarse de algunos pernos.
Conectores:
Los conectores tienen mayor capacidad de transmisión de carga que los pernos y pasadores, pero también requieren separaciones mayores. Generalmente, se recurre a ellos cuando la capacidad de los pernos por sí mismos no es suficiente.
- Conectores de anillo: se emplean en uniones entre piezas de gran y mediana escuadría. El mecanizado se hace en fábrica y el montaje se puede hacer en obra. Requieren un perno para afianzar la unión, pero su capacidad portante no se suma a la del conector.
- Conectores de placa: adecuados en uniones entre piezas de gran y mediana escuadría. Hay tipos para uniones entre madera y madera y otros para uniones entre acero y madera. El mecanizado se hace en fábrica y el montaje se puede hacer en obra. Requieren un perno para afianzar la unión, pero su capacidad portante no se suma a la del conector.
- Conectores dentados: adecuados para escuadrías grandes y medianas. Se colocan en fábrica y una vez insertados no pueden desmontarse. El perno que se emplea para afianzar la unión también colabora en la transmisión de esfuerzos.
- Placas clavo: son herrajes de conexión específicos para las uniones en estructuras ligeras construidas con piezas de madera aserrada de grueso reducido (38 a 45 mm). Son características de las armaduras de cubierta en la construcción prefabricada de entramado ligero.
c) Uniones encoladas: sistema de unión cuya característica principal es la de permitir los enlaces rígidos con plena capacidad de transmitir momentos flectores. Además, su aspecto externo es muy limpio al no tener herrajes al exterior. Sin embargo, no es un sistema extendido ni habitual en las empresas, sino que únicamente hay algunas que ofrecen este sistema como opción.
Generalmente, consisten en barras de acero o de materiales compuestos que se encolan a la madera en taladros interiores con formulaciones epoxi y otros adhesivos adecuados. También son uniones encoladas los enlaces entre piezas mediante un dentado múltiple de gran tamaño (macrodentado) similar al empalme de las láminas de madera laminada encolada, pero con la posibilidad de realizar uniones en ángulo, como las uniones de esquina en pórticos.
Finalmente, existen varios factores que influyen en la toma de decisiones para la configuración de la unión, que a continuación se recogen:
- Especificaciones de incendio: si existen requisitos de resistencia al fuego es relativamente sencillo llegar a tiempos de 30 minutos, pero para alcanzar los 60 minutos se requiere un diseño más elaborado.
Para cumplir las especificaciones con más facilidad son preferibles las uniones que no utilicen chapas metálicas expuestas al exterior, sino en todo caso situadas en el interior de las piezas y sin asomar por los bordes; también presentan mejor comportamiento los pasadores que los pernos.
- Durabilidad: en uniones entre piezas que queden expuestas al exterior es muy importante que el diseño de la unión no permita la retención de agua de lluvia con el fin de aumentar su durabilidad frente a la corrosión.
Deberán utilizarse materiales metálicos adecuadamente protegidos para cada situación ambiental.
- Sismo: en localizaciones en las que la acción sísmica es relevante, la ductilidad de la estructura se consigue con facilidad utilizando uniones con elementos de tipo clavija, que presentan un comportamiento de alta ductilidad.

FRANCISCO ARRIAGA MARTITEGUI. GUILLERMO ÍÑIGUEZ GONZÁLEZ. MIGUEL ESTEBAN HERRERO. RAMÓN ARGÜELLES ÁLVAREZ. JOSÉ LUIS FERNÁNDEZ CABO