APUNTES - REVISTA DIGITAL DE ARQUITECTURA: RESEÑA DE UNIONES, CONEXIONES Y ENSAMBLES EN MADERA

UNIONES TRADICIONALES EN CARPINTERÍA

GENERALIDADES

Hasta prácticamente el siglo XX solamente se utilizaban en estructuras de madera las uniones tradicionales, reforzadas en ocasiones con herrajes como pletinas, presillas, etc.

Fueron paulatinamente desplazas en paralelo como lo fueron las estructuras de madera, con la pérdida de oficio correspondiente, cuya complejidad era grande debido a los conocimientos geométricos que exigían.

Tras el largo paréntesis de más de un siglo, en la actualidad conocen un renacimiento debido a dos razones fundamentales: el desarrollo de la máquinas de control numérico que facilitan enormemente su diseño y ejecución y porque se comportan mejor al fuego que las uniones mecánicas.

DEFINICIÓN

Las uniones tradicionales son las que se realizan exclusivamente en las piezas que confluyen en el nudo, a través de rebajes en la madera, sin mediación de otros elementos auxiliares. Se realiza mediante la inserción de una pieza en otra, de tal forma que hay una continuidad geométrica en el nudo.

- Rebajas o tallas en la madera: Hendiduras realizadas en uno o varios elementos que forman parte del nudo.

- Clavijas: Son piezas transversales a alguna de las caras del nudo que sirven para afianzar éste.

ADECUACIONES

Se emplean en estructuras de luces reducidas (hasta 10 o 12 m), estructuras singulares y en obras de rehabilitación (estructuras de lacería, carpintería de armar tradicional, etc.).

En estructuras de grandes luces, los ensambles se demuestran económicamente ineficaces debido al aumento de secciones que requieren.

Su uso más frecuente es en cubiertas donde se producen los encuentros de barras más complicados y los despieces geométricamente más difíciles También se emplean donde se busquen efectos estéticos especiales con aire antiguo.

TIPOS SEGÚN SU FORMA

Ensambles

Se utilizan cuando la dirección de las fibras de las piezas a unir forma un cierto ángulo. Los más frecuentes son los siguientes:

- Ensambles de caja, consiste en el alojamiento de una pieza dentro de otra reduciendo la sección de una de las piezas o de las dos. Hay distintos tipos:

- a media madera

- media madera con cola de milano

- Ensambles de caja y espiga

En el extremo de la pieza que ataca se disminuye su sección (espiga) para alojarla en la entalladura practicada en la pieza que la recibe (caja o mortaja). Puede ser recta o inclinada, vertical y horizontal.

El espesor de la espiga suele ser aproximadamente 1/3 del que tiene el extremo de la pieza y la profundidad de la caja, de unos 2/3 del espesor de la pieza.

- Ensambles de entalle o entalladura

Consiste en que tanto la pieza que ataca como la que recibe se cajean en menos de media sección y se aplican a piezas que se encuentran inclinadas.

Pueden ser de diversos tipos:

- de horquilla o tijera: una pieza ataca con una espiga y la otra la recibe con un ranurado

central abrazando la espiga.

- en barbilla: la barbilla se obtiene practicando en la cara de una de las piezas una entalladura en forma de plano inclinado (barbilla), y dándole al extremo de la otra pieza su contraforma para que encaje exactamente en la entalladura y se apoye en el resalto a que ésta da lugar.

Puede ser simple o doble.

Empalmes , se utilizan cuando las piezas se unen por sus testas siguiendo la dirección de la fibra para conseguir piezas de mayor longitud. Dependen de la configuración de la pieza: no son iguales los verticales que trabajan normalmente a compresión o tracción, que los horizontales que trabajan a flexión o tracción.

Las uniones para conseguir que la madera trabaje a tracción son casi imposibles o muy complicadas, por la dificultad de su diseño. Lo que suele hacerse es transformar la tracción en esfuerzo cortante o en compresión según el plano de contacto (rayo de Júpiter, dentados, etc.). También se emplean bulones de refuerzo, pero esto es independiente de la solución del empalme.

- Empalmes en piezas verticales, los empalmes verticales son a media madera, con espiga y en pico de flauta, cuando trabajan a compresión exclusivamente (caso de pilares sin carga lateral) o colocarse en puntos de momento flector nulo.

- Empalmes en piezas horizontales, los empalmes en piezas sometidas a flexión, normalmente sólo son de continuidad geométrica pero requieren de elementos de fijación para ser operativos (pernos o bridas normalmente). Además no suelen ser capaces -ni por tanto se proyectan con este fin- de transmitir los momentos flectores. Por ello, cuando se empleen, deben colocarse en puntos en los que el momento flector es nulo. Se emplean los empalmes en corte oblicuo, a media madera o en pico de flauta; y en el caso de tirantes, en rayo de Júpiter con llave.

Acoplamientos

Consiste en la unión de dos o más piezas por sus caras para obtener una pieza de mayor sección. Generalmente se empleaba este sistema de unión para conseguir vigas de cierta luz con una sección que no era posible obtener por aserrado del árbol. La sección compuesta así obtenida, a efectos de cálculo no tiene el momento de inercia que teóricamente alcanza, ya que el ajuste entre piezas no puede ser perfecto y es inevitable que exista un deslizamiento entre ambas.

Para que el conjunto trabaje como una sola viga, hay que unirlas por pernos, clavado de tablas o grapas y tacos transversales acuñados.

Las soluciones más frecuentes de acoplamiento son las de redientes, cremallera y llaves. En todas ellas los pernos tienen como misión simplemente mantener las piezas juntas, mientras que los redientes, tacos y llaves permiten la transmisión de los esfuerzos rasantes. La llave suele ser de madera de frondosa dura y generalmente se hacen con dos cuñas opuestas que se dejan sobresalientes para poder volver a apretarlas periódicamente.

PROPIEDADES

- Durabilidad, el CTE indica que las uniones expuestas al agua deben diseñarse de forma que se evite la retención del agua y que las estructuras que no estén en situación de interior (clase de servicio 1 y 2), además de prescribir la protección de la madera y el resto de materiales, las uniones deben quedar ventiladas y con capacidad de evacuar rápidamente y sin retenciones el agua que pudiera introducirse.

CÁLCULO

Según el CTE (apartado 4.6 del DB SE) las uniones tradicionales, también denominadas carpinteras o uniones por contacto, transmiten las fuerzas mediante tensiones de compresión localizadas y de cortante entre las piezas de madera a las que se han realizado previamente cortes y mecanizados. Los elementos de fijación metálicos complementarios son muy reducidos en número y su función es mantener en posición las piezas.

Las uniones tradicionales trabajan a compresión y tracción fundamentalmente aprovechando que la madera trabaja mejor en la dirección de la fibra. La forma de trabajo de este tipo de uniones consiste en equilibrar los esfuerzos axiles mediante compresiones y esfuerzos tangenciales en las cajas y espigas talladas.

El cálculo de las uniones tradicionales está recogido en el DB SEM del CTE en el apartado 8.5 “Uniones tradicionales” (tensiones de compresión localizadas y embarbillados).