Conceptos avanzados del diseño estructural con madera. Pablo Guindos
separación a testa descargada es la separación a borde descargado normal, sbdn.
La separación a borde cargado equivale a la separación a borde cargado paralelo, sbcp.
La separación a borde descargado es referida como separación a borde descargado paralelo, sbdp.
Además, se establecen las siguientes condiciones para los pernos: 10 ≤ d ≤2 5,4 mm y si n = 1 entonces la capacidad debe disminuirse al 50%, finalmente el pretaladrado requerido y tamaño de arandelas se definen en T29, PG 75 y T30, PG 76 respectivamente.
Este tipo de conectores requiere pretaladrado que en todos los casos es alrededor de 1mm o más que el diámetro del perno. Dicha holgura provoca que este tipo de uniones presente poca rigidez en estadios iniciales de carga.
Los espaciamientos correspondientes a un ángulo fuerza-dirección de fibra diferente a 90˚, aunque no regulados explícitamente se deben tomarse como los correspondiente a 90˚. Además, tampoco se especifica el espesor mínimo de la madera o longitud mínima de penetración. En este sentido se recomienda considerar lo establecido en la Sección 1.2.18.
1.3.2 Especificaciones para uniones con pasadores
Los pasadores son conectores consistentes únicamente en un ‘cilindro’ que se inserta en la madera. Dicho cilindro es casi siempre metálico aunque también es posible empelar maderas muy resistentes u otros materiales. Dado que carecen de roscas, cabeza o tuerca no ejercen ninguna fuerza de apriete. Por este motivo, no se recomienda el uso de pasadores en uniones de cizalle simple debido a la excentricidad inherente (ver Sección 1.2.15), y en cizalle doble se debe verificar la neutralización de momentos, cuyo cálculo se detalló en la Sección 1.2.15.
Los espaciamientos mínimos son similares salvo las diferenciaciones de la Tabla 1.3.1. Dado que el diámetro de pretaladrado es idéntico al del pasador, o a lo sumo 1 mm superior, este tipo de uniones tiende a ser un poco más rígida en estadios iniciales de carga que las uniones de pernos. No obstante, la rigidez inicial es inferior a la mostrada por otros conectores que no requieren pretaladrado, véase una comparación de rigideces iniciales típicas en la Figura 1.3.2.
| figura 1.3.2 Rigideces iniciales de algunos medios de unión; de izquierda a derecha: unión encolada, múltiples clavos, conector de superficie y perno (basado en Zimmer 2008). |
En el caso de pasadores se requiere además que 8≤D≤24 y el número de mínimo de planos de corte en conectores debe ser 4.
1.3.3 Especificaciones para uniones con tirafondos
Se entiende por tirafondos aquellos conectores cilíndricos que tienen el vástago parcial o totalmente roscado y precisan de una tuerca que puede o no estar incluida en el cabezal para realizar el apriete. Los espaciamientos mínimos requeridos para este tipo de conectores cilíndricos son idénticos a los de los pernos, y también requieren el uso de arandelas. En la mayoría de los casos requieren de pretaladrado, el cual es inferior al diámetro del conector, por lo que la rigidez inicial de la unión es superior a los dos anteriores. Las condiciones de pretaladrado de acuerdo a la densidad de la madera, como también las dimensiones y materiales normalizados se especifican en 9.6.1.4, PG 77 y AM, PG 178. La longitud mínima de penetración efectiva, lef (en este caso se designa como lr por ser roscada) requerida para estos conectores es de 4d, ver Figura 1.3.3.
| figura 1.3.3 Características geométricas de un tirafondo embebido en la madera según la NCh1198. |
1.3.4 Especificaciones para uniones con tornillos
Los tornillos se diferencian de los tirafondos en que su propia rosca realiza todo el apriete por lo que no suelen requerir arandela. Disposiciones constructivas similares a las de los tirafondos se detallan en 9.6.1.5, PG 79 y AL, PG 166, ver representación de parámetros geométricos en la Figura 1.3.4. Los espaciamientos madera-madera se toman como clavos con pretaladro, los espaciamientos madera-tablero se toman como los correspondientes a madera-tablero de uniones clavadas.
Al igual que los conectores anteriores, tampoco se acepta lef < 4d. Finalmente sp ≤ 40d y sn ≤ 20d.
| figura 1.3.4 Características geométricas de un tornillo embebido en la madera según la NCh1198. |
1.3.5 Especificaciones para uniones con clavos
Las disposiciones constructivas se detallan en 9.6.1.6, PG 80 y AN, PG 170. En este caso lef ≥ 8d para doble o múltiple cortadura, 7d para cortadura simple, o bien 6d con pretaladrado. Estas cuantías pueden reducirse a 6d y 4d para cizalle doble y simple respectivamente aplicando un factor de modificación Kcpt, que reduce linealmente la capacidad de acuerdo a la lef. En 9.6.1.6, PG 80 también se disponen otras modificaciones del valor de la capacidad y emin (no confundir con lo treq detallado en la Sección 1.2.18), como por ejemplo minoración en uniones de cizalle múltiple, mayoración para pre-taladrado, minoración en hileras de más de 10 clavos, minoración por piezas de madera de sección circular, o emin para tableros.
Debe notarse que actualmente la NCh1198 también prescribe un método para calcular la capacidad de una unión clavada doble o múltiple a partir de la capacidad a cortadura simple. No se aconseja aplicar este método por ambigüedades de espesores, y en su lugar se recomienda aplicar el criterio del EC5/NDS tal que la capacidad debe calcularse para doble cortadura según Johansen considerando el mínimo t, ya que en esencia, una unión clavada se corresponde a una unión asimétrica (ver Sección 1.2.14). En caso de uniones de múltiple cortadura se recomienda aplicar lo establecido en la Sección 1.2.13.
Los espaciamientos mínimos en uniones clavadas se detallan en la Tabla 1.3.5 y se ilustran gráficamente para barras inclinadas en la Figura 1.3.5.1. Al igual que para los espaciamientos de pernos y tirafondos, los espaciamientos indicados son también aplicables para uniones M, con la diferencia de que en tal caso todos los bordes se consideran cargados. Finalmente sp ≤ 40d y sn ≤ 20d (diversos autores recomiendan incrementar a 40d el espaciamiento en yeso-cartón). En el caso de clavos traslapados en cortadura doble, pueden disponerse de forma simétrica o bien de acuerdo al espaciamiento anterior según las disposiciones del apartado s) en 9.6.1.6. Los espaciamientos de uniones madera-tablero se disponen en las clausulas u) y v) de 9.6.1.6. La disposición que deben tomar los clavos lanceros se ilustra en la Figura 1.3.5.2. Las consideraciones constructivas de uniones madera-metal se disponen en 9.6.1.7, PG 88.
| tabla 1.3.5 Espaciamientos mínimos para clavos según NCh1198. | |||||
| Espaciamiento | Sin perforación guía | Con perforación guía | |||
| 0° ≤ α ≤ 30° | 30°≤ α ≤ 90° | cualquier α | |||
| D ≤ 4,2 | D > 4,2 | D ≤ 4,2 | D > 4,2 | cualquier D | |
| Sp | 10 D | 12 D | 10 D | 12 D | 5 D |
| Sn | 5 D | 5 D | 5 D | 5 D | 5 D |
| Sbcp | 15 D | 15 D | 15 D | 15 D | 10 D |
| Sbcn | 5 D | 7 D | 7 D | 10 D | 5 D |
| Sbdp | 7 D | 10 D | 7 D | 10 D | 5 D |
| Sbdn | 5 D | 5 D | 5 D | 5 D | 3 D |
| figura 1.3.5.1 Espaciamientos mínimos para clavos en barras inclinadas según NCh1198. |
| figura 1.3.5.2 Disposición de clavos lanceros según NCh1198. |
1.3.6 Especificaciones para uniones de superficie
Los conectores mecánicos mayormente empleados son los conectores tipo clavija comentados en los apartados anteriores. Sin embargo éstos no son los únicos medios de unión mecánicos. Un segundo grupo importante de conectores mecánicos lo conforman