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A la hora de diseñar una estructura de madera, un aspecto clave es el diseño de las uniones entre las piezas de madera. En un forjado, por ejemplo, ¿usaremos estribos metálicos o se mecanizan unos ensambles tradicionales como las colas de milano?

 

A continuación, se analizan ambos desde diferentes puntos de vista:

 

Resistencia al fuego:

Los herrajes estándar, como los estribos, tienen una resistencia al fuego muy limitada, generalmente de 15 minutos. Además, la disminución de la sección de la pieza de madera debido a la carbonización causa una reducción de la profundidad de empotramiento de las fijaciones. No obstante, en ciertos casos, se disponen de herrajes con grosores de 4 mm (y conectores más largos) que garantizan hasta 60 minutos de resistencia al fuego.

 

Exigencia estética:

Es obvio que llama más poderosamente la atención una unión de piezas de madera donde no se vea ningún herraje, conector o fijación metálica, por ejemplo, la unión de un par con la carrera fijada en la fachada en el caso de los porches de madera. Aunque, sí es cierto que hay herrajes estándar para ciertos casos de uniones (viga-vigueta en forjados), como los de en forma de T, que se ocultan tras el grosor de las piezas de madera y se consigue, bien diseñada la unión (en grosores, tapones de madera en los taladros para los pasadores, etc.), una resistencia al fuego requerida. No obstante, en las uniones de piezas de madera con muros, son más adecuados estos herrajes en T ya que evita, por ejemplo, empotramientos que puedan favorecer ataques de hongos y xilófagos si no hay una adecuada aireación.

Cuando la edificación sea de uso industrial o público, no importa mucho que se usen herrajes metálicos.

 

Estribo metálico

Estribo metálico

Colas de milano

Colas de milano

 

Cálculo de estructuras:

Es más fácil hacer el cálculo de estructuras con herrajes estándar ya que se vale de tablas de cargas que suministran los fabricantes.

 

Diseño:

Con los ensambles como las colas de milano obligan a aumentar la sección de las piezas de madera ya que la entalladura para la hembra tiene unos 28 mm de profundidad, lo que obliga a engrosar la sección de la pieza de madera o, mejor todavía, dar más canto (se consigue más resistencia a la flexión). Lo cual redunda en el aspecto económico: más madera, más superficie de barnizado y más peso.

Con los ensambles tradicionales se usan pocos conectores o fijaciones: tirafondos, pernos, etc. y que, además, pueden quedar ocultos.

A la hora de diseñar una estructura de madera es más fácil con herrajes metálicos, ya que se siguen las especificaciones del fabricante. En cambio, si se diseña con ensambles tradicionales, es necesario tener un savoir faire o experiencia en elegir y dimensionar el ensamble correcto, porque una estructura puede colapsar precisamente en las uniones, aún si se ha calculado correctamente las secciones de las piezas de madera.

A veces, no se encuentra el herraje estándar adecuado para una unión. Hay que hacerlo a medida (más caro).

 

Estribo cantilever

Estribo cantilever

 

Fabricación CN:

La progresiva popularidad de las máquinas de CN en las carpinterías de armar hacen innecesario los herrajes en bastantes casos. Sin embargo, a falta de una máquina de CN (control numérico o robot), se pueden mecanizar los ensambles con herramientas eléctricas manuales.

Sin embargo, cuando se trata de estructuras para grandes luces con grandes vigas de mucho canto, éstas solamente se pueden mecanizar en máquinas de CN que tienen muy pocas empresas. Por tanto, es obligado el uso de herrajes estándar.

 

Durabilidad de la madera:

En una estructura de madera al exterior, no es prudente emplear los ensambles tradicionales porque en ellos se podría estancar el agua, iniciándose la degradación de la madera.

En una estructura con herrajes estandarizados, por ejemplo una cubierta con vigas curvas, ciertos elementos, como las correas, que presenten patologías, se pueden cambiar fácilmente, simplemente desatornillando los herrajes (¡si no se han empleado clavos!).

 

El aspecto económico:

Con los ensambles tradicionales, la mayor parte del trabajo ya está hecho en el taller. En obra, sólo queda montar las piezas.

Con los herrajes, hay más mano de obra, aparte del montaje in situ. Después de cortadas las piezas de madera, hay que marcar la posición de los herrajes y, luego, fijarlos con clavos tipo Anker o tirafondos (mejor los tirafondos por la razón mencionada antes). Es decisión del carpintero de armar hacerlo en el taller o en obra. Mejor en obra, ya que, en el taller, se barnizarían las piezas de madera y, en el transporte, caben más piezas sin los herrajes colocados.

Valorando materiales, mecanizaciones y mano de obra por metro lineal de dos vigas de madera laminada de abeto, una de 100 x 200 mm con estribos metálicos y otra de 120 x 200 mm con colas de milano, y además, lasuradas, resulta que la viga con las colas de milano es un 20% más barata.

 

 

 

La firma Takenaka Corporation ha desarrollado una tecnología de conexión (pendiente de patente) para asegurar un rendimiento resistente al fuego, cualidades de diseño, y rendimiento estructural adecuada para las conexiones entre las columnas y las vigas de Moen-Wood®, una madera de construcción laminada resistente al fuego, y se ha aplicado esta tecnología para construir la primera gran instalación comercial de madera  resistente al fuego de Japón, Southwood (Tsuzuki Ward, de la ciudad de Yokohama).

Las conexiones de las columnas y vigas de Moen-Wood se realizan utilizando herrajes metálicos para mantener un alto rendimiento estructural, pero la conductividad térmica del metal es mucho más alta que la de la madera por lo que se temía que durante un incendio, el propio Moen-Wood se extenderá el fuego. Al integrar el herraje de conexión dentro de las capas ignífugas, que son las partes de mortero de la columna y de la viga, Takenaka ha logrado garantizar el desempeño estructural y el rendimiento resistente al fuego de la conexión de modo que el calor no se transmite por el herraje.

Para aplicar este método a un proyecto de construcción, el Instituto de Investigación y Desarrollo Takenaka realizó un experimento de combustión con una fuerza igual a la carga que actuará en un edificio aplicada a una conexión columna-viga de tamaño completo. Cuando se llevó a cabo este experimento, Takenaka pidió a un organismo  comprobar desde la planificación a la etapa de evaluación de los resultados, confirmando que proporcionó un rendimiento resistente al fuego de una hora igual a la de Moen-Wood. El experimento estructural que aplicó una carga a la conexión también se llevó a cabo en el Instituto de Investigación y Desarrollo Takenaka.
Esquema de la tecnología:

La tecnología no requiere una tecnología especial, por lo que su capacidad de trabajo es superior, prometiendo su amplia aplicación en el futuro.

1. Se recorta la capa de sustituto de quemadura de la columna en el lado que debe conectarse a una viga; se taladra un agujero de anclaje  en la parte de soporte de carga; y luego los tornillos y tuercas se utilizan para fijar el herraje en forma de T.

2. Una ranura en la parte de soporte de carga de la viga de modo que la ranura es perpendicular a la columna, y el lado largo del herraje en forma de T se inserta en la ranura.

3. Las clavijas se insertan de modo que pasan a través de los agujeros taladrados en la viga y los agujeros perforados en la cara lateral larga del herraje en forma de T, fijándolos juntos. Entonces, unos tapones de madera se insertan desde ambos extremos de los agujeros de manera que la pieza de metal no pueda ser vista desde el exterior.

Comparación con la construcción de acero:

Normalmente, en un edificio de construcción de acero, una columna y una viga están conectados con pernos en posiciones donde son visibles desde el exterior, y los pernos, que tienen baja resistencia al calor, están protegidos cubriéndolos con un recubrimiento resistente al fuego. El recubrimiento resistente al calor tiene unas pobres características de diseño, y por lo general, el acabado se realiza encima de aquél.

Cuando se usa esta técnica de conexión de columna-viga recientemente desarrollada, las clavijas se usan para formar la conexión con el fin de preservar la solidez. El herraje de conexión, sin embargo, está dentro de la parte del soporte de carga, donde no le afecta completamente el calor en el interior de la madera, por lo que un recubrimiento resistente al calor es innecesario, logrando una apariencia externa con la calidad de diseño superior de la textura de madera.

Más en:

http://www.takenaka.co.jp/takenaka_e/about/news/2013/m1001_04.html

Sobre las nuevas construcciones con esta tecnología en Japón:

http://www.takenaka.co.jp/takenaka_e/about/news/2012/m1001_07.html

http://www.takenaka.co.jp/takenaka_e/about/news/2012/m1001_08.html

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