Francis Pfenniger
Arquitecto editor
Desde el principio de las construcciones en madera la solución de conectar los diferentes elementos fue un problema y un desafío a resolver. Tal vez las primeras conexiones necesarias para asegurar la ligazón entre los elementos de madera se hicieron con amarras, probablemente vegetales o de cuero. Eso pudo situarse en un pasado remoto, pero aún hoy muchas construcciones de los pueblos originarios de América dan cuenta de ello. Distintas líneas de desarrollo se pueden trazar a partir de la solución del problema de cómo conectar efectivamente los elementos de madera. Aún antes de dar pie al análisis de la función que cumple la conexión, es posible separar las conexiones entre aquellas que se hacen sin la concurrencia de materiales distintos a los elementos a conectar (como podrían ser catalogados todos los sistemas de encastre) y aquellos que apelan a materiales adicionales, como se podría catalogar a los sistemas de amarres y los sistemas de fijaciones con clavos, tornillos y pernos. Entre los sistemas de encastre hay tradiciones notables, como algunas construcciones. Un universo aparte (y mixto) lo constituyen las conexiones y uniones con adhesivos, desde las que se usan en la madera laminada encolada, los sistemas de unión tipo fingerjoint, los encolados en sistemas de encastre (de caja y espiga, por ejemplo, en la fabricación de puertas y ventanas) hasta la fabricación de planchas contrachapadas y otros materiales aglomerados. La tradición de construcción en madera fue progresivamente reemplazada por construcciones en mampostería de piedra y o albañilerías, consideradas más robustas y duraderas. Pese a ello, y aunque no es el objeto de este comentario hacer un recorrido por la historia de la construcción en madera, se pueden encontrar construcciones que han resistido noblemente el embate del tiempo y el fuego (y muy eficientemente el de los sismos). Las encontramos en el Lejano Oeste, en las construcciones tradicionales de Japón o China; también en Europa del Este y Escandinavia; en el Sudeste Asiático y más recientemente en Norteamérica (traída por los colonos) y Australia. En Europa Occidental, tan determinada por sus imponentes construcciones góticas y románicas, hay una larga y productiva tradición de construcción en madera que era usada en la mayoría de las edificaciones hasta el siglo XVII (ya se reconocía al gremio de los carpinteros en el año 350 aC.). Algunas de estas tradiciones subsisten, otras mutan, progresan, evolucionan. En materia de conexiones, la arquitectura tradicional en Japón se apoya en una tradición y especialización profunda de sus carpinteros que, en virtud de ensambles de una precisión casi inimaginable, desarrollaron complejos sistemas de uniones de encastre que hacen que los empalmes sean prácticamente sólidos, apelando ocasionalmente a unos tarugos para asegurar la continuidad estructural de los elementos. En Europa, en tanto, se desarrollan técnicas tanto de ensamble como técnicas en base a conectores. Los primeros de éstos fueron los clavos de hierro forjado, laboriosamente elaborados. Con la revolución industrial se industrializó también su producción. Ello lleva a un aumento sustancial de la producción y a una reducción significativa del costo de los clavos. Simultáneamente, el aserrío mecanizado reduce las secciones disponibles de la madera y la facilidad de producir piezas en secciones menores. Todo ello desata una secuela de progresos e innovaciones en todos los frentes, materia a la que no es ajena la industria transformadora del acero ni la construcción en madera. Clavos, tornillos y pernos de acero se ponen a disposición de la construcción en madera. Nuevas secciones y nuevas formas de construir en madera se desarrollan. El Balloon Frame surge en Chicago atribuido a George W. Snow. Le sigue el sistema de plataforma, el Plattform Frame, más eficiente y fácil de construir.
Fig 1. Balloon Frame, Fig.2. Plattform Frame
Esta línea de desarrollo tecnológico depende de las conexiones clavadas y/o atornilladas que buscan no sólo una conexión eficaz sino más eficiente. El espíritu de la innovación y la productividad animan este progreso continuo que no ha concluido ni ha llegado a un término. Hoy, en que en muchos países se está revalorizando la construcción en madera para viviendas de uno y dos pisos, el modelo nacido en Chicago se ha distribuido por todo los Estados Unidos, Canadá, Australia, Nueva Zelandia con una importante participación del mercado de la construcción de ese segmento. En otros países la tecnología es conocida y aplicada aunque en una medida significativamente menor.
Una innovación importante en esta evolución de los sistemas de conexión para la madera lo constituyen los conectores metálicos. Su uso se asocia a construcciones de elementos y sistemas estructurales tipo pilar y viga, aunque su incorporación a la construcción se produce junto con el desarrollo de las construcciones con estructuras de madera laminada (usualmente de grandes secciones). Una paleta de soluciones de empalmes en base a elementos metálicos parcialmente estandarizados, pero fabricados especialmente y caso a caso resuelven los requerimientos estructurales y constructivos pero pueden tener un impacto importante en el costo. El diseño de estos conectores metálicos apela a generar un apoyo y una conexión principalmente mediante pernos que se disponen en el sentido transversal del elemento de madera lo que aumenta su efectividad. Recién a partir de mediados del siglo XX se desarrollan soluciones más económicas en base a sistemas de planchas plegadas de espesores menores que permiten conexiones clavadas y/o atornilladas para escuadrías menores, aunque su masificación es posterior.
En esa familia de conectores se encuentra una diversidad de estribos para la fijación de envigados en el mismo plano y distintos tipos de conectores para cerchas. Algunos vienen a resolver una ecuación siempre compleja en la construcción en madera, cual es la conexión en un mismo plano de elementos estructurales dispuestos en sentidos encontrados. Si en la tradición constructiva de la madera las diferentes escalas de envigados solían sobreponerse y traslaparse, los conectores metálicos permiten precisamente la conexión efectiva de una viga secundaria por cabeza con la viga maestra, sin necesariamente apoyarse sobre ella. Esto redunda en una disminución sensible de las alturas de los entrepisos. Por otra parte, la filosofía del diseño de estos conectores promueve la utilización prioritaria de los clavos como elemento de conexión, por su economía y rapidez. Éstos, sin embargo, no tienen ninguna capacidad de fijación y anclaje si se disponen en el sentido de las fibras de la madera. Deben ir, necesariamente, en el sentido transversal a las fibras. Por ello, el diseño de los conectores resuelve estos nudos con mucha ingeniería (e ingenio) en base a planchas principalmente plegadas que permiten disponer las superficies en contacto con la madera con las perforaciones transversales al sentido de las fibras. Por cierto, no todo se puede hacer a partir del plegado, por lo que, en algunos casos, se hacen también piezas soldadas.
Foto 1 y 2. Conectores para cerchas de madera
El material base de estos conectores es plancha de acero galvanizado de espesores variables entre 0,9mm y hasta 6mm, dependiendo del diseño, de las cargas y de las secciones de las piezas de madera a las que sirve. Existen una casi inimaginable variedad de conectores tipo estribos, para las secciones más frecuentes de madera, en variedad de ángulos de atraque e incluso para soportar el encuentro de más de dos elementos en el nudo. A cada tipo se asocian también cargas distintas, lo que compromete distintos espesores de acero y dimensiones de las alas y cantidad de perforaciones para recepción de clavos y/o tornillos.
El uso de acero galvanizado hace una aportación importante a la durabilidad y resistencia a la corrosión del sistema de conexiones. En materia de resistencia al fuego, hay productores que han avanzado en materia de ensayos y pueden asegurar la estabilidad de los conectores por 30 minutos. Entre las consideraciones que se sugieren para asegurar la estabilidad de la conexión está el empleo de clavos o tornillos de mayor longitud de manera de contrarrestar la pérdida de anclaje producto de la carbonización superficial de la madera y la disminución de la profundidad de fijación. Obviamente, la opción de hacer protecciones adicionales mediante recubrimientos siempre es posible. Otra alternativa frente a estos requerimientos es el uso de la variedad de conectores ocultos que han desarrollado varios fabricantes. Los conectores ocultos quedan recubiertos por la propia madera, por lo que su resistencia al fuego aumenta en función de esta aislación.
Foto 3: Conector sometido al fuego. Foto 4 y 5: Conectores ocultos
Por otra parte, está la familia de los conectores planos, clavados o dentados. Éstos últimos se han desarrollado especialmente para la prefabricación de cerchas de madera. La conexión de los miembros de la cercha en un mismo plano mediante el uso de conectores metálicos de placa dentada ha permitido reducir las secciones de la madera y, consecuentemente, su peso. Usualmente los fabricantes de placas dentadas tienen sus propios programas de cálculo que permite dimensionar correctamente la placa a emplear en función de las cargas que soporta la cercha y, particularmente cada nudo. Como es sabido, en las cerchas fabricadas a pie de obra con uniones clavadas la cantidad de clavos necesarios depende de cálculo estructural y el distanciamiento mínimo entre los clavos determina la sección de la madera. La unión con placas metálicas dentadas optimiza la conexión y permite reducir la sección de las piezas de madera. Es de mencionar, eso sí, que la fijación de estos conectores dentados se debe hacer mediante una prensa con presiones variables entre 8 y 50 toneladas. El uso indiscriminado y la fijación mediante martillo de este tipo de conectores debe hacerse bajo supervisión profesional y ser limitado, especialmente si las conexiones cumplen una función estructural importante.
Foto 6: Conector metálico dentado; Foto 7: Cerchas prefabricadas de madera con conectores metálicos dentados – Tecnotruss; Foto 8: Construcción hecha con cerchas con conectores metálicos dentados
Hay varias empresas en el mundo que producen este tipo de conectores metálicos, cada una con su especificidad y especialidad. Una visita muy esclarecedora al amplio universo de estas conexiones se puede hacer en Simpson StrongTie, empresa cuyo origen está en Oakland, California, pero que hoy posee plantas en diversos países de Europa y distribución en todo el mundo (http://www.conectore.com/resources/catalogues). En su amplio catálogo de más de 200 páginas se despliega toda la gama de posibilidades estandarizadas a las que se suma, me parece que de generación reciente, la posibilidad de diseñar piezas especiales. Esto último, lejos de volver a situarnos en los orígenes semi-artesanales de la producción de los sistemas de conectores, nos vincula al presente y al futuro. Lo hemos comentado en otras oportunidades, pero este nuevo giro y servicio de un producto estandarizado hacia un producto especial sólo es posible por el desarrollo de la tecnología de diseño y producción asistida por computación (CAD – CAM) y la evolución de los software y programas de diseño y representación paramétricas. Otros productores en la misma línea son los conectores USP de la línea MitecUnited.
Foto 9: Diversidad de conectores metálicos dentados USP
Otro fabricante es Rothoblaas, empresa de origen italiano que ha desarrollado una serie de productos de apoyo a la construcción en madera que cubren un amplio espectro de requerimientos, entre ellos algunos tipos de conectores, tornillos y sistemas de fijaciones (www.rothoblaas.comyhttp://pdf.archiexpo.es/pdf/rotho-blaas/placas-conectores-madera/60438-279116.html)
Los sistemas de conectores metálicos no están limitados a conectar madera con madera. Mucho se ha avanzado en sistemas de fijaciones madera-hormigón, madera mampostería y madera-acero. También es amplia la gama de soluciones que se han diseñado para la conexión de los postes de madera al piso. Como se sabe, para efectos de proteger la madera de las humedades y de los insectos es conveniente reducir o minimizar su contacto con el terreno natural. En ese ámbito, hay muchas soluciones de conectores de acero, algunas de las cuales incluyen sistemas de distanciadores ajustables.
Foto 10: Apoyo poste de madera Rothoblaas
Como se puede apreciar, el acero ha estado históricamente presente -y sigue estando- en el diseño y construcción en conjunto con otros materiales. Si hace un aporte importante en el hormigón armado, también hace lo suyo en la construcción en madera. Los sistemas de conexiones comentados son sólo algunas de las aplicaciones específicas en que el acero aporta parte de sus atributos en beneficio de la construcción en madera.