UNIONES DE ESTRUCTURAS DE MADERA: PERNOS

Los pernos son elementos de fijación entre piezas de madera maciza y/o madera laminada encolada. Utilizando diámetros adecuados, resultan uniones aptas para cargas pequeñas o grandes. Además, permiten la conexión entre piezas de madera a través de chapas metálicas, tanto si están situadas en el interior como en el exterior

Desarrollaremos en este post lo aprendido en nuestra práctica profesional, así como de las clases recibidas de los profesores Arriaga, Esteban e Iñiguez, co-autores del libro «Estructuras de Madera: Uniones», publicado por AITIM, y cuya imagen es portada de este post.

Descripción del perno:

Los pernos son elementos de fijación constituidos por barras metálicas de sección circular con cabeza, hexagonal o cuadrada, en un extremo y rosca y tuerca en el otro.

Se introducen en agujeros cuyo diámetro puede llegar a tener una holgura de hasta 1mm para facilitar su colocación. Bajo la cabeza y la tuerca de los pernos deberán colocarse arandelas con un diámetro o lado (si es cuadrada) de al menos 3 veces el diámetro del perno y un espesor de 0,3 veces el mismo diámetro.

Según la norma UNE-EN 14592, los pernos deben tener un diámetro mínimo de 6mm y máximo de 30mm. Normalmente, los diámetros más comunes son: 10, 12, 16, 20 y 24mm.

La norma DIN 1052 es todavía más exigente en las dimensiones de la arandela cuando queda sobre la superficie de la madera, como se puede ver en la siguiente tabla de dicha norma:

Tipos de esfuerzos:

A la hora de elegir el tipo de clavija hay que tener en cuenta el tipo de esfuerzo que sea necesario transmitir según la unión.

Los pernos, tienen capacidad de resistir tanto esfuerzos a cortante (carga lateral) como esfuerzos axiales. Igual que los tirafondos como vimos en post anteriores:

Carga lateral:

Para calcular la capacidad de carga lateral del perno hay que tener en cuenta una serie de consideraciones, según el CTE DB_SE-M. Lo primero es discernir entre el tipo de cortadura (simple o doble) y a partir de ahí aplicar las especificaciones y requerimientos mínimos exigibles a las mismas. Así:

• t1  en cortadura simple es el espesor de una de las piezas y en cortadura doble el espesor de las piezas laterales;
• t2  en cortadura simple es el espesor de la otra pieza y en cortadura doble el espesor de la pieza central
• Las separaciones y distancias mínimas que se dan en la siguiente tabla 8.4

• En uniones con pernos alineados con la dirección de la fibra y sometidos a una componente de la fuerza paralela a la fibra, la capacidad de carga debe calcularse tomando como número eficaz de pernos el menor valor de las expresiones siguientes:

• El valor característico del momento plástico del perno:

• La resistencia característica al aplastamiento (que dependerá de la densidad característica de la madera (kg/m3) y del diámetro del perno (mm)

Carga axial:

Para la determinación de la capacidad de carga axial de las uniones con pernos deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones, según el CTE DB_SE-M:

• La capacidad de carga axial y la capacidad de carga al arranque de un perno debe tomarse como el menor valor de los dos siguientes:
  • La capacidad del perno a tracción
  • La capacidad de carga de la arandela o (en el caso de uniones entre acero y madera) la capacidad de la placa de acero
• La tensión de cálculo de compresión bajo la arandela no debe superar (3x fc,90,k)
• La capacidad de carga en el apoyo de una placa de acero debe limitarse a la correspondiente a una arandela circular con un diámetro igual al menor de los dos valores siguientes:
  • 12t (t = espesor de la placa)
  • 4d (d = diámetro del perno)

Consideraciones constructivas:

A la hora de diseñar uniones con pernos hay que tener en cuenta además del tipo de esfuerzo, la ejecución de la unión. La ejecución es un factor tan importante que es muchas veces el responsable de la dimensión final de las escuadrías de las piezas a unir.

Por ello, hay que tener en cuenta una serie de consideraciones constructivas según CTE DB_SEM:     

• Los agujeros en la madera para alojar los pernos deben tener un diámetro no mayor de 1mm que el diámetro del perno. Los agujeros en las placas de acero deben tener un diámetro no mayor de 2mm o de 0,1d (el que resulte mayor) que el diámetro del perno.
• Las arandelas bajo la cabeza del perno y bajo la tuerca deben tener un lado (si son cuadradas) o un diámetro mínimo igual a 3d y un espesor mínimo de 0,3d (d es el diámetro del perno). La arandela debe tener pleno contacto con la superficie de la pieza.
• Los pernos y tirafondos deben apretarse de tal forma que las piezas queden firmemente unidas, y deben volver a apretarse si fuera necesario cuando la madera alcance su humedad de equilibrio higroscópico, siempre que sea requerido para garantizar la capacidad de carga o rigidez de la estructura.

En resumen, al igual que ocurre con las uniones mediante clavos y tirafondos, las uniones con pernos, conllevan una serie de condicionantes que son decisivos en el diseño de la unión. En este post hemos desarrollado los parámetros más habituales, que esperamos que os sean de ayuda.

Si queréis repasar las uniones mediante clavos, podéis consultarlas en este artículo anterior: CLAVOS, y de igual manera, os facilitamos un enlace a las uniones con TIRAFONDOS