Uniones con tableros de madera

Diseño y cálculo

En los últimos tiempos, se están utilizando cada vez más en estructuras las uniones con tableros de madera.

El auge de las uniones con tableros de madera se debe fundamentalmente a su economía y su facilidad de ejecución frente a otros métodos de unión (principalmente las uniones metálicas).

No obstante, siendo un sistema de unión con muchas posibilidades, las uniones con tableros de madera requieren de un cálculo muy preciso y no deben ejecutarse sin el asesoramiento de especialistas.

Es cierto que en ocasiones los tableros, que se disponen exteriormente a las piezas principales, sirven fundamentalmente como elementos de centrado y fijación de la unión, como sucede en las uniones a compresión, pero también pueden diseñarse uniones con tableros que no funcionan a compresión y en estos casos, son los elementos secundarios (tableros y clavos o tirafondos) los que deben soportar todo el esfuerzo.

El Código Técnico de la Edificación (CTE) en su Documento Básico sobre madera estructural (DB SE-M) dedica un capítulo entero (el 8) a las uniones en madera, especificando para cada elemento de unión (clavos y tirafondos en el caso que nos ocupa), cómo deben diseñarse y calcularse las uniones con tableros.

Dado que los elementos de unión (clavos o tirafondos) se disponen transversales a los tableros y a las piezas de madera que unen, la unión con tableros de madera trabajará a cortante y será determinante su capacidad de carga lateral.
Se deben considerar todos los fallos posibles de la unión, tanto de los elementos principales (madera) como de los tableros y de los elementos de unión (clavos o tirafondos). Entran en juego las propiedades físicas y mecánicas de cada uno de los materiales

Las capacidades de carga más altas se obtienen en los mecanismos de rotura donde la rótula plástica de la clavija (clavo o tirafondo) y la tensión de aplastamiento de la madera se alcanzan de forma simultánea. Para ello es recomendable que la clavija penetre entre 10 y 12 diámetros en la madera en cada una de las piezas a unir, lo cual lleva a utilizar clavijas de pequeño diámetro y, aún así, es difícil de conseguir en el caso de los tableros, cuyo espesor suele estar por debajo de los 20mm.

Es vital determinar el espesor adecuado de los tableros, ya que éstos son más densos que la madera a la que unen y, por lo tanto, tienen una mayor resistencia característica al aplastamiento “fh,i,k”. Lo ideal es que la relación entre espesores (madera/tablero) sea inversamente proporcional a la relación entre sus densidades. Aunque más que de espesores, habría que hablar de profundidad de penetración de la pieza de unión, que es lo que va a resultar determinante.

La longitud de la clavija debe decidirse en función de las densidades de las piezas unidas y, superada la longitud en la que se iguala la resistencia al aplastamiento de la madera con la del tablero, todo lo que se siga aumentando dicha longitud es inútil desde el punto de vista estructural.

Las características mecánicas de clavos o tirafondos y su diámetro son también elecciones vitales. En cuanto a las características mecánicas, determinarán su momento plástico característico “My,Rk”, decisivo en el cálculo de la capacidad de carga lateral. El diámetro es igualmente vital en este cálculo y, además, determina las distancias mínimas a respetar entre los elementos de unión y entre éstos y los bordes de los tableros. También es decisivo, junto con la densidad de la madera y los tableros, en la necesidad o no de practicar pre-taladros, previos a la introducción del elemento de unión que, aunque pudiera parecer un asunto menor, tiene gran influencia en la resistencia final de las uniones con tableros de madera.

En la dirección del esfuerzo, cuando se alinean varias clavijas, éstas pierden efectividad cuanto más próximas se disponen, hasta una determinada distancia a partir de la cual todas las clavijas trabajan al 100%. Respetar dicha distancia supone un gran ahorro en número de piezas.

Otro aspecto a considerar es el ángulo del esfuerzo con respecto a la fibra ya que, debido a la anisotropía de la madera (también de la mayoría de los tableros) la resistencia varía según el ángulo del esfuerzo (y también varían las distancias mínimas que deben respetarse).

Se trata por tanto de un proceso iterativo de bastante complejidad en el que entran en juego muchas variables y en el que el diseño es tan determinante como el propio cálculo, pudiéndose llegar a infinidad de soluciones igualmente válidas desde el punto de vista estructural, aunque no así desde el punto de vista económico (que siempre debe prevalecer entre uniones estructuralmente válidas).

La construcción es muy sencilla, elaborando plantillas a tamaño natural que sirven para cortar los tableros con la forma adecuada y marcar la situación de los elementos de fijación (practicando habitualmente pre-taladros). El pretaladro es obligatorio siempre que el diámetro de la clavija sea igual o superior a 6mm o la densidad de la madera (o tablero) superior a 500kg/m3.

El punto débil de las uniones con tableros de madera, si consideramos el fuego, son siempre los elementos metálicos que transmiten el calor con gran velocidad hasta el interior y pueden hacer fracasar la unión. No obstante, la normativa (CTE DB-SI, Anejo E) otorga a las uniones con tableros una resistencia de 15 minutos sin necesidad de protección alguna. La forma más sencilla de cumplir con la protección a fuego requerida de este tipo de uniones es disponer un segundo tablero (de sacrificio) sobre el primero, clavado con clavos finos de punta perdida que tenga el espesor suficiente para, por sí mismo resistir el tiempo necesario que marca la normativa . Para vivienda (30 minutos) basta con un tablero contrachapado de 15 milímetros de espesor.

Uniones con tableros de madera
Unión de pares con dos tableros de madera en cumbrera
Uniones con tableros de madera
Unión en cumbrera de cercha con tablero de madera
Plano de ejecución de unión con tableros de madera en cumbrera
Uniones con tableros de madera
Tableros en espera para recibir pares de cubierta
Uniones con tableros de madera
Unión con tableros en alero de cubierta de madera
Uniones con tableros de madera
Plano de ejecución de unión con tableros de madera