Uniones acero-madera

Diseño y cálculo

Hoy en día resulta casi imposible encontrar un buen carpintero de estructuras y prácticamente se han abandonado las uniones tradicionales. Para ver este tipo de uniones hay que visitar edificaciones antiguas, donde se puede admirar la belleza de su precisión geométrica y la práctica ausencia de elementos auxiliares de acero que, además, suelen tener papeles secundarios no estructurales (de fijación).

No es de extrañar que actualmente la mayoría de uniones en madera, cuando se trata de perfiles de cierta dimensión, se resuelvan con elementos auxiliares estructurales de acero (placas habitualmente). Es lo que llamamos uniones acero-madera. Este tipo de uniones, que se han impuesto en la actualidad, requieren mucha menos precisión y conocimientos por parte del carpintero, pero exigen mucho más del calculista, ya que la madera y el acero son materiales físicamente muy diferentes y en su interactuación se producen tensiones que hay que controlar para no superar la resistencia de ninguno de ellos.

Este tipo de uniones deben diseñarse y calcularse según lo estipulado en el capítulo 8.3.1.2 del Documento Básico SE-M (Seguridad Estructural. Madera) del Código Técnico de la Edificación (CTE).
El valor característico de la capacidad de carga de las uniones acero-madera depende del espesor de la(s) placa(s) de acero.

Las placas con espesor menor o igual que la la mitad del diámetro del tornillo o perno se clasifican como placas delgadas y las placas con espesor mayor o igual que el diámetro del perno, con una tolerancia en el diámetro del agujero inferior al 10% de dicho diámetro, se clasifican como placas gruesas.

El valor característico de la capacidad de carga de las uniones con placas de acero con grueso intermedio entre las delgadas y las gruesas debe calcularse mediante interpolación lineal entre ambos casos.

El primer paso es comprobar la resistencia de la propia placa de acero. Si se respetan las distancias a los bordes derivadas de la madera, se podrá comprobar a partir del área resistente equivalente, resultado de multiplicar el espesor de la chapa por el diámetro del perno. La tensión de cálculo a considerar es el 53% del límite elástico de la placa (fy).

Posteriormente hay que considerar todos los modos de fallo posibles en la unión, ya sea ésta a simple o a doble cortadura. El CTE facilita la formulación de todos estos modos de fallo, de tal forma que es imprescindible valorar todos ellos para determinar cuál es el que condiciona la unión.

Las uniones acero-madera estarán más optimizada cuanto más cercanos sean los valores de la resistencia en los diferentes modos de fallo y el valor de la resistencia de la(s) placa(s) de acero. Por lo tanto, se deben tantear diferentes grosores de placa y diámetros (y número) de pernos buscando dicha convergencia.

Por último, debe tenerse en cuenta que la capacidad de carga de las uniones acero-madera en testa puede reducirse por el posible fallo del perímetro que recoge al grupo de elementos de fijación. La formulación que contempla dicho fallo se encuentra en el “Anejo H”del Documento Básico SE-M (Seguridad Estructural. Madera) del Código Técnico de la Edificación (CTE).

Uniones acero madera
Unión de viga de cubierta con placas de acero a muro de CLT
Placas de unión para piezas de madera, a través de pasadores
Uniones acero madera
CTE DB-SE M. Figura 8.3: Modos de fallo en las uniones entre acero y madera
Pieza de madera mecanizada para insertar placa de acero