Diseño de Uniones

CAPITULO 5

ESTRUCTURAS DE MADERA

CAPITULO 5

DISEO DE UNIONES

El mayor problema en el diseo de las estructuras de madera es la solucin de aquellos puntos en que convergen dos o ms piezas (nudos), de modo que se puedan transmitir adecuadamente sus esfuerzos. Estas uniones debern ser lo suficientemente rgidas como para que la deformacin total de la estructura no exceda ciertos valores estimados como admisibles. Es as, como a los elementos que se usan para materializar las uniones se los condiciona tanto en cuanto a su capacidad de transmisin descarga como al monto del corrimiento que experimentan al quedar sometidos a carga. Tradicionalmente se distinguen dos comportamientos opuestos: uno totalmente rgido representado por las colas y otro sumamente flexible presentando grandes deformaciones y que corresponde al caso de los pernos. En un plano, intermedio se, sitan los clavos. Cada medio de unin presentar ventajas y desventajas adecundose cada uno a campos especficos.

5.1 UNIONES CLAVADAS

Por lo general las uniones clavadas son las ms econmicas, y son muy usadas en especial para viviendas y edificaciones pequeas construidas en base a entramados.

Los clavos se fabrican en un amplio intervalo de tamaos y formas, segn el uso que se quiera dar. Varan en tamao desde las pequeas tachuelas a gigantescas escarpias. Los clavos se clavan mediante un martillo, sin embargo para clavar muchos clavos, actualmente se cuenta con una gran variedad de dispositivos mecnicos para clavar.

Todas las especies del grupo estructural C y muchas del grupo B pueden clavarse fcilmente, sobre todo cuando la madera se encuentra en condicin verde; las maderas ms densas y/o secas son por lo general ms difciles de clavar. Si se clavan maderas del grupo estructural A es conveniente hacer un pre-taladro con un dimetro del orden de 0.8 veces el dimetro del clavo, esto a menos que se usen clavos de alta resistencia, clavados mediante dispositivos mecnicos especiales.

Se debe hacer notar que en cualquier unin se debe usar como mnimo al menos 2 clavos.

Procedimiento de diseo para uniones clavadas.-

El procedimiento para disear ste tipo de uniones se puede esquematizar de la siguiente manera:

1) Establecer bases de clculo

a. Grupo de madera utilizado.b. Cargas actuantes en la unin y su orientacin con respecto a las piezas de madera.2) Seleccionar la longitud y el dimetro de los clavos. Es conveniente usar clavos de la mayor longitud posible (si se quiere, usar como gua de acuerdo al elemento a clavar las Tablas 13.16 y 13.17 del Manual de Diseo para Maderas del Grupo Andino).3) Determinar la carga admisible para un clavo a simple cizallamiento (usar Tabla 5.1)

a. Clavos a doble Cizallamiento, multiplicar por 1.80 valores de la Tabla 5.1.

b. Clavos lanceros, multiplicar por 0.83 valores de la Tabla 5.1.

c. Clavos a Tope, multiplicar por 0.67 valores de la Tabla 5.1.

4) Para uniones construidas con madera seca, se puede multiplicar por 1.25.5) Verificar espesores mnimos y longitudes de penetracin; eventualmente reducir las cargas admisibles por clavo.

6) Determinar el nmero de clavos y su ubicacin.

1) Establecer bases de clculo

a. Grupo de madera utilizado.b. Cargas actuantes en la unin y su orientacin con respecto a la direccin de los clavos.2) Seleccionar la longitud y el dimetro de los clavos. La longitud debe ser entre 2 y 3 veces el espesor del elemento que contiene la cabeza del clavo.3) Determinar la longitud de penetracin: a, en el elemento que contiene la punta del clavo, y calcular la carga admisible para un clavo perpendicular al grano usar la Tabla 5.5.4) Para clavos lanceros multiplicar por 2/3 los valores de la Tabla 5.5. Los clavos paralelos al grano de la madera que contiene a la punta no pueden considerarse resistentes (llamados clavos a tope).5) Uniones construidas con madera seca, se puede duplicar la carga admisible.6) Determinar el nmero de clavos y su ubicacin.

5.1.1 UNIONES SOMETIDAS A CIZALLAMIENTO.-5.1.1.1 Cargas Admisibles.-

La carga admisible de una unin clavada depende de muchos factores, como el tipo de madera utilizada y su condicin, la calidad, longitud y cantidad de clavos, espesores de los elementos de penetracin, etc.

Las cargas admisibles en condiciones de servicio para un clavo se dan a continuacin, y estn en dependencia al tipo de Cizallamiento al que se encuentre los clavos en la unin.

a) Simple Cizallamiento:

Para lo cual se da una tabla con los valores admisibles para un clavo perpendicular al grano y sometido a simple cizalle, y en esta tabla se considera la longitud y el dimetro del clavo, as como el grupo estructural de madera a utilizar:

Cabe sealar que los valores de la anterior tabla son para maderas construidas con uniones hmedas (contenido de humedad mayor o igual al 30%); para uniones construidas con madera seca se puede mayorar las cargas admisibles en un 25%.

b) Otros Casos, Como por ejemplo un clavo sometido a doble Cizallamiento, clavos lanceros, y clavos a tope, se determina su carga admisible multiplicando los valores de la tabla 5.1 por factores que corresponden a cada caso, y que se dan en la tabla 5.2.

5.1.1.2 ESPESORES MNIMOS Y PENETRACIN DE LOS CLAVOS.-

a) Simple Cizallamiento

El espesor de la madera ms delgado (que contiene la cabeza del clavo) debe ser por lo menos 6 veces el dimetro del clavo: 6d. La penetracin del clavo en el elemento que contiene la punta debe ser por lo menos 11 dimetros: 11d.

Si se tienen espesores o penetraciones menores, las cargas admisibles deben reducirse. El factor de reduccin debe ser la menor de las relaciones:

1. Espesor del elemento mas delgado dividido entre 6d.

2. Penetracin del elemento que contiene la punta dividido entre 11d.En ningn caso deben aceptarse espesores o penetraciones menores que el 50 % de los (6d, 11d) antes indicados.

Para clavos lanceros estos mnimos no son aplicables. Los clavos lanceros deben ser introducidos en puntos ubicados a una distancia igual a 1/3 de la longitud del clavo a partir del plano de unin y formando un ngulo aproximadamente de 30 grados con la direccin del grano, como se muestra a continuacin:

b) Doble Cizallamiento

El espesor del elemento central debe ser por lo menos igual a 10 veces el dimetro del clavo: 10d. Tanto el espesor del elemento adyacente a la cabeza del clavo, como la penetracin del clavo en el elemento que contiene la punta no debern ser menores que 5 veces el dimetro del clavo: 5d.

Si no se cumplen los requisitos expuestos anteriormente, las cargas admisibles deben reducirse. El factor de reduccin debe ser la menor de las relaciones:

1. Espesor del elemento central dividido entre 10d

2. Espesor del elemento adyacente a la cabeza dividido entre 5d

3. Penetracin del elemento que contiene la punta dividido entre 5d

En ningn caso deben aceptarse espesores o penetraciones menores que el 50 % de los (5d, 10d) antes indicados.

Si se clavan la mitad de los clavos desde cada lado, el espesor del elemento adyacente a la cabeza y la penetracin del clavo en la madera que contiene la punta pueden promediarse para efectos de establecer la relacin con la longitud 5d.

5.1.1.3 ESPACIAMIENTOS MNIMOS.-

Los espaciamientos mnimos especificados son necesarios para evitar rajaduras al clavar la madera. Con frecuencia estos requisitos obligan a utilizar elementos de madera de dimensiones mayores a las estrictamente necesarias por resistencia.

En uniones constituidas por elementos de madera orientados en direcciones diferentes se deben verificar por separado los requisitos de espaciamiento en cada uno de ellos, resultando para la unin los que sean mayores en cada direccin.a) Simple Cizallamiento.-

La distancia entre clavos y a los bordes o extremos de las piezas de madera deben ser mayores o iguales a los indicados en la tabla 5.3. :

Cuando se use un pretaladrado, pueden usarse los espaciamientos mnimos siguientes:

b) Doble Cizallamiento.-

Los espaciamientos mnimos recomendados varan de acuerdo a la direccin del clavado, es decir:

1) Si todos los clavos son colocados al mismo lado.2) Si se colocan alternadamente de ambos lados. Para el primer caso, los espaciamientos mnimos son los mismos que para simple cizallamiento recomendados en la tabla 5.3.

Para el segundo caso (doble cizallamiento simtrico) los espaciamientos mnimos son los de la tabla 5.4.

5.1.2 UNIONES SOMETIDAS A EXTRACCIN.-

En lo posible el diseo debe evitar que los clavos queden sometidos a fuerzas de extraccin.

La fuerza de extraccin que puede ser resistida por un clavo depende de:

Grupo estructural (A, B, C) al que pertenece la madera utilizada, y su contenido de humedad.

Longitud y dimetro de los clavos.

Ubicacin de los clavos en relacin a los elementos de madera.

Penetracin de los clavos en la madera que contiene la punta.

Las expresiones que permiten evaluar la carga admisible para un clavo perpendicular al grano en funcin al grupo estructural se presentan en la tabla 5.5. Estos valores pueden duplicarse si se utiliza madera seca.

Para clavos lanceros y clavos aproximadamente paralelos al grano de la madera, la carga admisible se determina multiplicando los valores calculados de la Tabla 5.5 por los factores indicados en la Tabla 5.6.

UNIONES SOMETIDAS A CIZALLAMIENTO O CORTE

UNIONES SOMETIDAS A EXTRACCIN

Figura 5.1 UNION CLAVADA A SIMPLE CIZALLAMIENTO

REF.: Elaboracin propia

Tabla 5.1 CARGA ADMISIBLE POR CLAVO- SIMPLE CIZALLAMIENTO

REF.: Tabla 12.1 Pg. 12-4 Manual de Diseo para Maderas del Grupo Andino Andino

Tabla 5.2 FACTORES MODIFICATORIOS DE LAS CARGAS ADMISIBLES PARA UNIONES CLAVADAS SOMETIDAS A CIZALLAMIENTO

EMBED Excel.Sheet.8

REF.: Tabla 12.2 Pg. 12-5 Manual de Diseo para Maderas del Grupo Andino


Figura 5.2 ESPESORES MNIMOS Y PENETRACIN DE CLAVOS SOMETIDOS A CIZALLAMIENTO SIMPLE

Figura 5.3 UBICACIN DE CLAVOS LANCEROS


Figura 5.4 ESPESORES MNIMOS Y PENETRACIN DE CLAVOS SOMETIDOS A CIZALLAMIENTO DOBLE


Tabla 5.3 ESPACIAMIENTO MINIMO PARA SIMPLE CIZALLAMIENTO O DOBLE CIZALLAMIENTO CLAVADO DE UN SOLO LADO

EMBED Excel.Sheet.8


Tabla 5.4 ESPACIAMIENTO MINIMO PARA SIMPLE CIZALLAMIENTO CON PRETALADRADO O DOBLE CIZALLAMIENTO SIMTRICO

EMBED Excel.Sheet.8


Figura 5.5 UNION SOMETIDA A EXTRACCION


EMBED Excel.Sheet.8

Tabla 5.5 CARGA ADMISIBLE DE EXTRACCIN


EMBED Excel.Sheet.8

Tabla 5.6 FACTORES MODIFICATORIOS DE LAS CARGAS ADMISIBLES

PARA UNIONES CLAVADAS SOMETIDAS A EXTRACCIN


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_1139381166.dwg

_1139383526.dwg

_1139384506.dwg

_1139385103.xlsHoja1

Longitud delDimetro delCarga AdmisibleTipo de UninEsquemaFactor

Clavo (L)Clavo (d)en kilogramos

mmpulgmmGrupo AGrupo BGrupo C

5122.4252117

a. Cizallamiento simple, clavo perpendicular1.0

al grano

2.6292520

2.9332823

3.3383226

b. Cizallamiento simple, clavo a tope(paralelo0.67

al grano de la madera que contiene la punta

632.52.6292520

2.9332823

c. Cizallamiento simple, clavos lanceros0.83

3.3383226

3.7443730

7633.3383226

3.7443730d. Doble cizallamiento, clavo perpendicular1.80

al grano

4.1504234

893.53.7443730

4.1504234

4.5564738

10244.1504234

4.5564738

4.9625342

Para madera seca multiplicar los valores de esta tabla por 1.33

Para clavar maderas del Grupo A se requiere pre-taladrado

Hoja2

Espaciamiento entre clavos16d

ElementosA lo largo del granoDistancia al extremo20d

cargados

paralelamentePerpendicular a la direccin del granoEspaciamiento entre lineas de clavos8d

al granoDistancia a los bordes5d

ElementosA lo largo del granoEspaciamiento entre clavos16d

cargados

perpendicularmenteEspaciamiento entre lineas de clavos8d

al granoPerpendicular a la direccin del granoDistancia al borde cargado10d

Distancia al borde no cargado5d

Hoja3



cargados




cargados




Hoja4

GrupoClavo Perpendicular al Grano

A

B

C

Tipo de UninEsquemaFactor

a. Clavo perpendicular al grano1.0

b. Clavo lancero0.67

c. Clavo a tope0

(paralelo al grano)

MBD00050CA0.unknown

MBD000EC0FA.unknown

MBD000EC4E5.unknown

MBD000EC498.unknown

MBD00053A0E.unknown

MBD00053DBF.unknown

MBD00052039.unknown

MBD0004F238.unknown

MBD0004F78F.unknown

MBD0004E17A.unknown

_1139384123.dwg

_1139383123.dwg

_1139382758.xlsHoja1




5122.4252117


al grano

2.6292520

2.9332823

3.3383226



632.52.6292520

2.9332823


3.3383226

3.7443730

7633.3383226


al grano

4.1504234

893.53.7443730

4.1504234

4.5564738

10244.1504234

4.5564738

4.9625342



Hoja2



cargados




cargados




Hoja3



cargados




cargados




Hoja4


A

B

C

Tipo de UninEsquemaFactor

a. Clavo perpendicular al grano1.0

b. Clavo lancero0.67

c. Clavo a tope0

(paralelo al grano)

MBD0004E17A.unknown

MBD00052039.unknown

MBD00053DBF.unknown

MBD000EC498.unknown

MBD000EC4E5.unknown

MBD000EC0FA.unknown

MBD00053A0E.unknown

MBD0004F78F.unknown

MBD00050CA0.unknown

MBD0004F238.unknown

MBD00040EA3.unknown

MBD00041CC0.unknown

MBD0003EBAF.unknown

_1131327380.xlsHoja1




5122.4252117


al grano

2.6292520

2.9332823

3.3383226



632.52.6292520

2.9332823


3.3383226

3.7443730

7633.3383226


al grano

4.1504234

893.53.7443730

4.1504234

4.5564738

10244.1504234

4.5564738

4.9625342



Hoja2



cargados




cargados




Hoja3



cargados




cargados




MBD000A7688.unknown

MBD000AB3D2.unknown

MBD000A76EB.unknown

MBD000A52C8.unknown

_1139200055.xlsHoja1

Tabla 5.1 CARGA ADMISIBLE POR CLAVO-SIMPLE CIZALLAMIENTO

Longitud ( L )dCarga Admisible, kg

mmpulgmmGrupo A**Grupo BGrupo C

5122.4362820

2.6403122

2.9463625

3.3534230

632 1/2"2.6403122

2.9463625

3.3534230

3.7614835

7633.3534230

3.7614835

4.1705439

893 1/2"3.7614835

4.1705439

4.5786144

10244.1705439

4.5786144

4.9876849


**Para clavar maderas del Grupo A se requiere pre-taladrado

Hoja2

Hoja3

_1131397710.xlsHoja1




5122.4252117


al grano

2.6292520

2.9332823

3.3383226



632.52.6292520

2.9332823


3.3383226

3.7443730

7633.3383226


al grano

4.1504234

893.53.7443730

4.1504234

4.5564738

10244.1504234

4.5564738

4.9625342



Hoja2



cargados




cargados




Hoja3



cargados




cargados




Hoja4


A

B

C

MBD000AB3D2.unknown

MBD000EC498.unknown

MBD000EC4E5.unknown

MBD000EC0FA.unknown

MBD000A7688.unknown

MBD000A76EB.unknown

MBD000A52C8.unknown

_1131326533.xlsHoja1




5122.4252117


al grano

2.6292520

2.9332823

3.3383226



632.52.6292520

2.9332823


3.3383226

3.7443730

7633.3383226


al grano

4.1504234

893.53.7443730

4.1504234

4.5564738

10244.1504234

4.5564738

4.9625342



Hoja2



cargados




cargados




Hoja3

MBD000A7688.unknown

MBD000AB3D2.unknown

MBD000A76EB.unknown

MBD000A52C8.unknown

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