ARQUITECTURA UTFSM_TECNOLOGIA_MADERA

1. Integrantes
Juan Donoso Abarca
2413007-K
David Urtubia Abarca
2413005-3
Ramo
Tecnología de la Madera
Profesor
René Carmona C
Ayudante
Paula Villa
Fecha
10/12/07
DEPTO. OBRAS CIVILESUNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO
SANTA MARIA

2. INTRODUCCIÓN
En este ensayo se busca establecer los métodos y procedimientos de diseño
estructural que determinan las condiciones mínimas que deben cumplir las uniones clavadas y
encoladas de madera, y es aplicable sobre las estructuras de edificaciones corrientes,
elementos estructurales en construcciones mixtas, moldajes, entibaciones, puentes, etc.
Los métodos, instrumentos y probetas utilizadas se describirán a continuación en el
presente informe de laboratorio.

3. DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTAL
Para la elaboración del laboratorio de uniones se utilizaron los siguientes instrumentos y
maquinarias:
Prensa Versatester: Instrumento de Ensayo de Compresión con
regulador de velocidad de ensayo y con cabezal rotulado, de
modo que permita una distribución uniforme y vertical de la carga
sobre la probeta.
Martillo: Herramienta carpintera, usada comúnmente para golpear
y hendir clavos en superficies que se desean fijar a otras. Posee
además en su parte posterior un cabezal diseñado para la
extracción de clavos.
Regla: Instrumento de medición de longitudes graduada al mm,
usada para determinar la ubicación de los clavos, además del
marcaje de las probetas para posteriormente obtener la
deformación.
Probetas:
Clavos: 36 clavos de 2”, y 2,5 mm de diámetro.
18 clavos de 2,5” y 3 mm de diámetro.
27 Tablas de Pino seleccionadas. Con un área de ensayo de 24 x 12 cm, y con
espesor app de 1”.
Adhesivos: Cola Fría (PVA), Urea Formaldehído y Resorcinol.

4. PROCEDIMIENTOS
Primera sesión, preparación de las probetas.
Para comenzar se nos indicaron el tipo y cantidad de probetas que debieron ser construidas
por distintos grupos formados en el laboratorio.
Se nos entregaron 29 tablas de pino seleccionadas descritas anteriormente y los clavos y
adhesivos antes mencionados.
Para la fabricación de las probetas de tres tablillas, se debieron considerar:
Probetas para cizalle simple: consisten en tres tablillas por probeta, con un área de ensayo de
12 x 24 cm, en que los clavos de 2” (Ø 2,5 mm) solamente atraviesan dos tablillas desde cada
cara, es decir cada clavo fija solamente dos partes, para ello se consideraron 3 tipos:
Cizalle 3 simple: 3 clavos por cara.
Cizalle 6 simple: 6 clavos por cara.
Cizalle 9 simple: 9 clavos por cara.
Probetas para cizalle doble: consiste en tres tablillas por probeta, con un área de ensayo de
12 x 24 cm, en que los clavos de 2,5” (Ø 3 mm) atraviesan las tres tablillas, es decir cada clavo
debe fijar toda la probeta.
Cizalle 3 doble: 2 clavos por una cara y 1 por la otra.
Cizalle 6 doble: 3 clavos por cada una de las caras.
Cizalle 9 doble: 5 clavos por una cara y 4 por la otra.
 Primero en cada probeta se debió marcar la sección de traslapo entre las tablillas, para
ello se debió considerar que el área de ensayo debe ser de 12 x 24 cm, y que dos
tablillas quedarán sobresalidas hacia un lado y la central hacia el otro, utilizando para
estos efectos la regla y un lápiz (según muestra la figura.)

5.  Una vez marcado el traslapo, se debió estampar la ubicación de cada clavo en el área
antes dispuesta, dependiendo de la probeta que se esté construyendo. Para estos
efectos no se procedió específicamente según la norma, sino que siguiendo los
mismos conceptos que especifica la normativa se marcaron teniendo en cuenta que
estos debían quedar lo mas lejos posible, tanto en los que se encuentran en la misma
cara, como los que se encuentran en la cara contraria. Esta ubicación busca que la
probeta no falle ni se agriete debido a que los clavos se encuentran muy cerca o que
se encuentren en la misma línea de las fibras. Sino que falle en estricto rigor por
cizalle, sea este simple o doble según sea el caso.
 Ahora, una vez marcado el lugar del clavo, se procedió según sea el caso, cizalle
simple o cizalle doble, a hendir los clavos con el martillo. Se debió tener un gran
cuidado de que los clavos de cizalle simple no atravesaran la tercera tabla, para ello se
midió la parte del clavo que debía quedar sin clavar. En el caso de cizalle doble se
debió considerar que los clavos debían hendirse hasta atravesar toda la probeta. (estos
puntos se encuentran graficados en las imágenes antes dispuestas.
 Finalmente armada la probeta, se trazó con lápiz mina, una marca cada 1 mm, de 10
mm, con el fin de que posteriormente cuando la carga sea aplicada se obtengan las
deformaciones con esta precisión.
Al mismo tiempo se construían las Probetas encoladas:
 Se consideraron para estos efectos tres probetas encoladas con: PVA (cola fría), Urea
Formaldehído y Resorcinol.
 Para la construcción de estas probetas se utilizaron las mismas tablillas antes
dispuestas, las cuales se traslaparon de la misma manera que en las uniones clavadas.
 Una vez traslapadas, en cada superficie de contacto se marcó un área de 4x4 cm,
desfasadas la una con la otra, con una regla, escuadra y lápiz, con el fin de que la
marca quede precisa y recta.
 Luego, según sea el caso, se aplicó una capa delgada de cada adhesivo, se dejó
ventilar unos minutos, luego se unió según la marca de desfase antes dispuesta, y se
dejó prensada hasta el día del ensayo.
 Al finalizar la probeta se realizó la misma marca que en las probetas clavadas con el fin
de determinar posteriormente las deformaciones.

6. Una vez construidas todas las probetas, en la segunda sesión se procedió a ensayar cada
una de ellas.
 Se dispuso cada probeta en la máquina de ensayo de compresión, con cabezal móvil
con el fin de que la carga sea aplicada uniforme y verticalmente sobre la probeta, y con
dispositivo de regulación de velocidad. Con el fin de tener completo control sobre el
ensayo.
 Se registró, para cada probeta, la carga necesaria para que esta se deformara 1 mm.
Utilizando para estos efectos las marcas antes realizadas.
 En estricto rigor se debió registrar la deformación y carga hasta los 5 mm, pero estos
se registraron hasta los 10 mm (o más), según lo dispuesto por el laboratorista al
momento del marcaje de la probeta.

7.  Se obtuvieron los siguientes datos.
Cizalle 3 simple Cizalle 3 doble Cizalle 6 simple
Deform.
(mm)
Carga
(Kgf)
Deform.
(mm)
Carga
(Kgf)
Deform.
(mm)
Carga
(Kgf)
1 400 1 330 1 830
2 450 2 380 2 850
3 470 3 400 3 920
4 480 4 450 4 920
5 480 5 450 5 920
6 450 6 480 6 900
7 350 7 510 7 880
8 280 8 530 8 860
9 150 9 530 9 820
10 110 10 540 10 770
11 540
12 530
13 530
14 520
15 500
Cizalle 6 doble Cizalle 9 simple Cizalle 9 doble
Deform.
(mm)
Carga
(Kgf)
Deform.
(mm)
Carga
(Kgf)
Deform.
(mm)
Carga
(Kgf)
1 600 1 1000 1 950
2 850 2 1100 2 1100
3 920 3 1150 3 1350
4 950 4 1100 4 1150
5 970 5 1000 5 1110
6 980 6 600 6 1110
7 960 7 250 7 1110
8 940 8 1080
9 890 9 1060
10 840 10 1040
11 800
 PVA (Cola Fría)
Una unión falló de inmediato, la otra a los 1930 (Kgf)
 Urea Formaldehído
Falló a los 4200 (Kgf) sin deformarse (importante decir que la superficie de contacto era mucho
mayor que 16 cm2)
 Resorcinol
Falló a los 1650 (Kgf) sin deformarse.

8. CÁLCULOS Y RESULTADOS
Para que los resultados sean comparables entre sí, la carga se distribuye por cada clavo,
definiendo entonces una carga unitaria. Se calculan para estos efectos las siguientes
tensiones:
Cizalle unión clavada:
RCZ =
Donde:
C = carga registrada en [kgf]. Se utiliza en este caso la carga máxima soportada por la
probeta.
N = número de clavos utilizados.
Cizalle 3 Simple
RCZ = 480/6 = 80 [kgf]
Cizalle 3 Doble
RCZ = 540/3 = 180 [kgf]
Cizalle 6 Simple
RCZ = 920/12 = 76,67 [kgf]
Cizalle 6 Doble
RCZ = 980/6 = 163,33 [kgf]
Cizalle 9 Simple
RCZ = 1150/18 = 63,89 [kgf]
Cizalle 9 Doble
RCZ = 1350/9 = 150 [kgf]

9. Cizalle unión encolada:
RCZ =
Donde:
C = carga registrada en [kgf].
A = área encolada en [cm2].
PVA (Cola Fría)
RCZ = 1930/16 = 120,62 [kgf / cm2].
Urea Formaldehído
RCZ = 4200/16 = 262,5 [kgf / cm2].
(Recordar que en estricto rigor el área con este adhesivo fue mucho mayor a 16 cm2)
Resorcinol
RCZ = 1650/16 = 103,12 [kgf / cm2].
Finalmente se grafica carga unitaria versus deformación para cada caso.
Cizalle 3 Simple
0
100
200
300
400
500
600
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Deformación [mm]
Carga[kgf]
Cizalle 3 Doble
0
100
200
300
400
500
600
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Defomación [mm]
Carga[kgf]

10. Cizalle 6 Simple
650
700
750
800
850
900
950
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Deformación [mm]
Carga[kgf]
Cizalle 6 Doble
0
200
400
600
800
1000
1200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Deformación [mm]
Carga[kgf]
Cizalle 9 Simple
0
500
1000
1500
1 2 3 4 5 6 7
Deformación [mm]
Carga[Kgf]
Cizalle 9 Doble
0
500
1000
1500
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Deformación [mm]
Carga[gf]
nota: no es necesario graficar los ensayos donde se utilizaron adhesivos, dado el
comportamiento de estas cuando la carga fue aplicada.

11. CONCLUSIONES
Juan Donoso Abarca
Es importante entender que las uniones dentro de una construcción en madera, o construcciones
mixtas, es el punto más importante desde el punto de vista estructural y estético. Digo esto debido
que si bien dimensionamos los elementos a partir de las tensiones de diseño, es decir
considerando la carga de servicio a la que estará expuesto, además de distintos factores de
modificación que aumentarán la sección de cada elemento a partir de criterios como: duración de
la carga, peligro de pudrición, impregnación de la madera y temperatura a la que estará expuesta.
Pese a todo lo anterior, donde se obtiene el tamaño de cada elemento, no se consideran posibles
fallas o errores en las uniones de cada elemento, por lo mismo es que es importante conocer la
manera en que se deben utilizar los métodos de vinculación mas utilizados en nuestro país, como
son las uniones clavadas y donde se utilizan adhesivos.
Es importante reconocer todos los conceptos que se están aplicando en este laboratorio, por
ejemplo cuando consideramos uniones clavadas, es de suma importancia entender que si bien las
piezas se adhieren mediante el roce ejercido por el anclaje de los clavos, son estos últimos los que
reciben todo el esfuerzo de corte, cuando una unión se somete a cualquier fuerza contraria. Por lo
mismo es de gran importancia conocer que los clavos no deben ser puestos en la misma línea de
las fibras, o que cuando se clava por ambos lados del elemento no se deben contraponer. Todo
aquello para evitar rajaduras o fallas que no correspondan a un esfuerzo puro de cizalle. Además
se debe entender que cada clavo representa un componente del esfuerzo en la unión, y que a
mayor numero de clavos, y a mayor hendidura su comportamiento será notablemente mejor.
Por otro lado las uniones encoladas pueden representar la unión utilizada en muebles, en vigas de
madera laminada y en tableros. En el laboratorio queda demostrado en base a los resultados que
si bien la utilización de adhesivos es un poco más complicada que las uniones con clavos, pues
necesitan de prensas y tiempo de fragüe, su efectividad puede resultar mayor bajo distintas
condiciones. En este caso los esfuerzos de corte en las uniones corresponden a toda el área
donde se aplica el adhesivo, generando una gran unión física de las fibras de la madera, lo cual
queda demostrado al observar las uniones una vez que las probetas fallaron, donde se puede
observar que el adhesivo por si mismo no es el que falla, sino que son las fibras adheridas a la
madera las que se desprenden a partir del esfuerzo al que fueron expuestos. Y que su
comportamiento estará proporcionalmente relacionado al área donde se aplica el adhesivo, por lo
mismo es que en el ensayo la Urea Formaldehído superó considerablemente los otros adhesivos,
en el cual al momento de fabricación de la probeta esta Urea escurrió, generando una mayor
superficie de contacto. Aunque podría decirse que se preveía que este adhesivo superaría a los
demás, debido a su uso en la construcción como aglutinante de tableros estructurales OSB, que
son los mas utilizados en nuestro país, el cual debido a su precio y accesibilidad, su uso se ha
masificado considerablemente.
En este último punto es donde queda demostrada una diferencia importante entre estos dos tipos
de uniones, en la de clavos, son esto elemento los que directamente fallan, ya sea porque se
doblan o porque por efectos de la forma de la probeta estos son extraídos de la madera. Por otro
lado el adhesivo funciona superficialmente forzando una falla fuera del plano de adherencia. De lo
anterior se puede inferir que los clavos mientras mas es la cantidad y tamaño que se encuentra
empotrado en la madera mayor será su comportamiento, debido a que el clavo por ser de metal no
fallará por si solo, y a partir del tamaño del empotre, las fibras se compensarán y costará mucho
más llegar a la falla.
Por todo lo anterior es porque últimamente la madera laminada, ya sea como viga o paneles, han
sufrido un gran aumento y masificación en su uso, es cuestión de observar en cualquier parte de la
ciudad Valpo-Viña donde pasarelas, paraderos, y aún mas claro el edificio en Caleta Portales se
utilizan este tipo de elementos. Y otro punto de suma importancia es que esta capa con adhesivos
constituyen una barrera para los distintos agentes que degradan la madera, aún más notorio como
es el caso de las termitas, donde exhaustivos estudios muestran que estos insectos no son
capaces de traspasar esta barrera.
Al observar los resultados queda claramente demostrado lo antes dicho, donde en las uniones con
clavos, las que poseen una mayor cantidad de clavos, y que poseen una mayor longitud
empotrada, tienen una mayor resistencia al corte. Y por otro lado a mayor superficie de contacto
con adhesivo su comportamiento será mejor.