Diseño de Uniones
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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
REF.: Elaboracin propia
Figura 5.2 ESPESORES MNIMOS Y PENETRACIN DE CLAVOS SOMETIDOS A CIZALLAMIENTO SIMPLE
Figura 5.3 UBICACIN DE CLAVOS LANCEROS
REF.: Elaboracin propia
Figura 5.4 ESPESORES MNIMOS Y PENETRACIN DE CLAVOS SOMETIDOS A CIZALLAMIENTO DOBLE
REF.: Elaboracin propia
Tabla 5.3 ESPACIAMIENTO MINIMO PARA SIMPLE CIZALLAMIENTO O DOBLE CIZALLAMIENTO CLAVADO DE UN SOLO LADO
EMBED Excel.Sheet.8
REF.: Tabla 12.3 Pg. 12-8 Manual de Diseo para Maderas del Grupo Andino
Tabla 5.4 ESPACIAMIENTO MINIMO PARA SIMPLE CIZALLAMIENTO CON PRETALADRADO O DOBLE CIZALLAMIENTO SIMTRICO
EMBED Excel.Sheet.8
REF.: Tabla 12.4 Pg. 12-7 Manual de Diseo para Maderas del Grupo Andino
Figura 5.5 UNION SOMETIDA A EXTRACCION
REF.: Elaboracin propia
EMBED Excel.Sheet.8
Tabla 5.5 CARGA ADMISIBLE DE EXTRACCIN
REF.: Tabla 12.5 Pg. 12-11 Manual de Diseo para Maderas del Grupo Andino
EMBED Excel.Sheet.8
Tabla 5.6 FACTORES MODIFICATORIOS DE LAS CARGAS ADMISIBLES
PARA UNIONES CLAVADAS SOMETIDAS A EXTRACCIN
REF.: Tabla 12.6 Pg. 12-12 Manual de Diseo para Maderas del Grupo Andino
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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
Espaciamiento entre clavos11d
ElementosA lo largo del granoDistancia al extremo16d
cargados
paralelamentePerpendicular a la direccin del granoEspaciamiento entre lineas de clavos6d
al granoDistancia a los bordes5d
ElementosA lo largo del granoEspaciamiento entre clavos11d
cargados
perpendicularmenteEspaciamiento entre lineas de clavos6d
al granoPerpendicular a la direccin del granoDistancia al borde cargado10d
Distancia al borde no cargado5d
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
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
Espaciamiento entre clavos11d
ElementosA lo largo del granoDistancia al extremo16d
cargados
paralelamentePerpendicular a la direccin del granoEspaciamiento entre lineas de clavos6d
al granoDistancia a los bordes5d
ElementosA lo largo del granoEspaciamiento entre clavos11d
cargados
perpendicularmenteEspaciamiento entre lineas de clavos6d
al granoPerpendicular a la direccin del granoDistancia al borde cargado10d
Distancia al borde no cargado5d
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)
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
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 perpendicular1.67
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
Espaciamiento entre clavos11d
ElementosA lo largo del granoDistancia al extremo16d
cargados
paralelamentePerpendicular a la direccin del granoEspaciamiento entre lineas de clavos6d
al granoDistancia a los bordes5d
ElementosA lo largo del granoEspaciamiento entre clavos11d
cargados
perpendicularmenteEspaciamiento entre lineas de clavos6d
al granoPerpendicular a la direccin del granoDistancia al borde cargado10d
Distancia al borde no cargado5d
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 madera seca multiplicar los valores de esta tabla por 1.25
**Para clavar maderas del Grupo A se requiere pre-taladrado
Hoja2
Hoja3
_1131397710.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 perpendicular1.67
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
Espaciamiento entre clavos11d
ElementosA lo largo del granoDistancia al extremo16d
cargados
paralelamentePerpendicular a la direccin del granoEspaciamiento entre lineas de clavos6d
al granoDistancia a los bordes5d
ElementosA lo largo del granoEspaciamiento entre clavos11d
cargados
perpendicularmenteEspaciamiento entre lineas de clavos6d
al granoPerpendicular a la direccin del granoDistancia al borde cargado10d
Distancia al borde no cargado5d
Hoja4
GrupoClavo Perpendicular al Grano
A
B
C
MBD000AB3D2.unknown
MBD000EC498.unknown
MBD000EC4E5.unknown
MBD000EC0FA.unknown
MBD000A7688.unknown
MBD000A76EB.unknown
MBD000A52C8.unknown
_1131326533.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 perpendicular1.67
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
MBD000A7688.unknown
MBD000AB3D2.unknown
MBD000A76EB.unknown
MBD000A52C8.unknown