La regla del orificio piloto nombra la madera y se mide desde la raíz

La fuente es el Wood Handbook, Wood as an Engineering Material, FPL-GTR-190, publicado por el Forest Products Laboratory del Servicio Forestal de EE. UU. y de descarga gratuita. El capítulo 8 trata de las fijaciones. La frase aparece como condición de la ecuación de extracción de los tornillos para madera: la ecuación es aplicable cuando los orificios guía tienen un diámetro de aproximadamente el 70 por ciento del diámetro de raíz de la rosca en coníferas, y de aproximadamente el 90 por ciento en frondosas.

Leída como regla de diseño y no como nota al pie, hace dos cosas a la vez. Da un porcentaje, y dice de qué se toma ese porcentaje. El fresno es una frondosa, así que la cifra aplicable era 90.

El manual da el porcentaje de un diámetro y la tabla de otro

Unas páginas más adelante, el mismo capítulo tabula calibres de tornillo frente a diámetros, y lo que tabula es la caña:

El n.º 8 mide 0,164 pulgadas: la serie numerada se comporta exactamente como dice su fórmula lineal. Lo que el manual no tabula en ningún sitio es el diámetro de raíz de un tornillo para madera, y tampoco tenemos una fuente citable, así que esta página no pondrá milímetros al orificio piloto de un n.º 8. Ese hueco no es una queja contra el documento. Es el problema práctico: la regla se expresa en un diámetro que el lector difícilmente tendrá a mano, a pocas páginas de una tabla del diámetro que sí tiene.

La raíz es menor que la caña, así que tomar el porcentaje del diámetro equivocado siempre da un orificio mayor. Ese es el fallo silencioso. Nada se rompe, el tornillo entra suave, y la carga de extracción que la ecuación debía predecir ya no se aplica, porque no se cumplió su condición expresa.

Y el diámetro de referencia cambia dentro del mismo capítulo

Aquí la confusión tiene un origen honesto, no descuidado. Unas páginas después, el manual da la regla para los tirafondos, y está escrita respecto a la caña:

El manual añade que el porcentaje menor de cada intervalo se aplica a los tirafondos de diámetro pequeño y el mayor a los de diámetro grande, y que el orificio guía de la caña debe tener el mismo diámetro que la caña, así que un tirafondo pide un orificio escalonado y no una sola broca.

Así que en un mismo capítulo hay dos familias, dos juegos de porcentajes y dos diámetros distintos de los que tomarlos. Una tabla colgada en el taller lleva los números y normalmente no la frase que dice a qué diámetro pertenecen, y así es como un lector acaba aplicando el intervalo de un tirafondo a un tornillo para madera, o un porcentaje de raíz a una caña.

Los dos errores, uno al lado del otro

El hilo informaba del primero. Los tornillos entraron casi del todo antes de partirse, y ese es el detalle que conviene notar, porque el par de inserción se acumula a medida que engrana más rosca. Las últimas vueltas son donde el total es mayor, así que un orificio algo pequeño produce su fallo al final del atornillado y no al principio. Quien atornilla con cuidado y despacio, con el embrague a media escala, obtiene el mismo resultado que quien aprieta con fuerza, solo que más tarde.

La forma general de esa brecha, entre el par necesario para introducir un tornillo y el par al que falla, se desarrolla para los tornillos autorroscantes en chapa, que son otra familia de fijaciones con su propia norma. El planteamiento se traslada. Los números no, y esta página no cita ninguno aquí.

Dos cosas que el manual prescribe de verdad, y las dos baratas

• Jabón. Se recomienda lubricar la superficie del tornillo con jabón o un lubricante similar para facilitar la inserción, dice el manual, sobre todo en maderas densas, y tendrá poco efecto en la resistencia última a la extracción. Esa última cláusula es la que importa, porque la objeción habitual al viejo truco de taller es que un tornillo resbaladizo tiene que sujetar peor, y el documento la responde directamente
• Un poco más grande para un tornillo largo. En el pasaje de los tirafondos, el manual dice que con tornillos largos deben usarse orificios guía algo mayores que los recomendados para la máxima eficacia. Un n.º 8 de una pulgada y tres cuartos es largo para su diámetro
• La profundidad también importa, y depende del material base. Un código de edificación pide que un tornillo para placa de yeso penetre 5/8 de pulgada en madera pero solo 3/8 en acero delgado: el mismo principio en sentido contrario; cuanto más blando es el material que sujeta la rosca, más tiene que entrar el tornillo

En la misma sección hay una tercera instrucción que parece escrita para otro siglo y no lo es: los tornillos deben introducirse siempre girando, y nunca iniciarse ni clavarse con martillo, porque eso desgarra las fibras de la madera y daña la rosca, lo que reduce seriamente la capacidad de carga del tornillo. Merece la pena retener la razón aunque nadie vaya a coger un martillo, porque dice de qué está hecha la sujeción: fibra intacta envolviendo una rosca intacta. Todo lo que dañe una u otra durante la instalación ya ha gastado parte de la cifra.

La pregunta del mensaje que nadie respondió

El autor preguntó si el frío podía haber influido, ya que los tornillos habían estado un tiempo a la intemperie. Es mejor pregunta de lo que parece, porque la temperatura sí cambia la forma en que falla una fijación de acero, y su forma general está en lo que una clase de resistencia dice y no dice sobre las bajas temperaturas.

En este caso no vamos a fingir que lo resolvemos. No tenemos datos de baja temperatura para tornillos para madera, ni un valor de tenacidad para el acero y el tratamiento térmico de esos tornillos, ni nada que permita sopesar un cobertizo frío frente a un orificio piloto taladrado con la cifra de coníferas. Lo que sí puede decirse es que la aritmética disponible apunta al orificio: la especie estaba nombrada en la regla, la regla da otro porcentaje para ella, y el fallo llegó al final del atornillado, donde el par de inserción es mayor. Es una explicación que encaja sin necesidad del tiempo atmosférico.

Qué resolver antes del próximo orificio

• ¿De qué diámetro es porcentaje el porcentaje? Resuélvalo antes de discutir la cifra. Equivocarse de referencia desplaza el orificio más que equivocarse un poco de porcentaje
• ¿Está la especie en la regla? Coníferas y frondosas son líneas distintas, y para los tirafondos el manual va más allá y nombra grupos
• ¿Es el tornillo largo para su calibre? Si lo es, el manual dice que se taladre algo más grande que el orificio eficiente, y que se acepte la contrapartida
• ¿Hay algún motivo para no usar jabón? El manual lo recomienda en maderas densas y dice que no cuesta casi nada en extracción

El punto más amplio es uno al que este sitio llega una y otra vez desde distintas direcciones. Una regla práctica viaja bien y sus condiciones no. El porcentaje se copió en cien tablas; la frase que nombra el diámetro y la especie se quedó en el manual.

El mismo capítulo contiene las ecuaciones de extracción, y al dividir la de tornillos entre la de clavos solo queda la madera.

Este artículo trata el paso 1: sustrato. El orden completo es sustrato, rosca, cabeza, accionamiento, acabado y documentación. El artículo inglés Specifying a screw explica por qué alterarlo genera retrabajo.

Preguntas frecuentes

¿Qué orificio piloto necesita un tornillo para madera?

El Wood Handbook establece como condición de su ecuación de extracción un orificio guía de aproximadamente el 70 por ciento del diámetro de raíz de la rosca en coníferas y de aproximadamente el 90 por ciento en frondosas. Fíjese en las dos mitades: el porcentaje depende del grupo de especies, y es un porcentaje del diámetro de raíz, no de la caña. El manual tabula diámetros de caña por calibre, pero no diámetros de raíz, así que la cifra tiene que salir del tornillo que realmente se usa.

¿Por qué se partió mi tornillo cerca del final?

Porque ahí es donde el par de inserción es mayor. El par se acumula a medida que engrana más rosca, de modo que un orificio algo pequeño produce su fallo en las últimas vueltas y no al principio. Un orificio piloto dimensionado con una regla de coníferas y usado en una frondosa es una forma habitual de llegar ahí, y ocurre tanto con un destornillador manual como con uno eléctrico.

¿La regla del orificio piloto es la misma para los tirafondos?

No, y la diferencia no está solo en los números. El Wood Handbook da el orificio guía de la parte roscada de un tirafondo como porcentaje del diámetro de la caña: del 40 al 70 por ciento para coníferas de baja densidad como los cedros y los pinos blancos, del 60 al 75 para el abeto Douglas y el Southern Pine, y del 65 al 85 para frondosas densas como los robles, con el porcentaje menor de cada intervalo para los diámetros pequeños. También dice que el orificio guía de la caña debe tener el mismo diámetro que la caña, así que un tirafondo pide un orificio escalonado.

¿El jabón en un tornillo reduce su sujeción?

El Wood Handbook dice que se recomienda lubricar la superficie con jabón o un lubricante similar para facilitar la inserción, sobre todo en maderas densas, y que tendrá poco efecto en la resistencia última a la extracción. En la sección de tirafondos repite la recomendación y añade que con tornillos largos deben usarse orificios guía algo mayores que los más eficientes.

¿Puede el frío hacer que se partan los tornillos?

La temperatura sí cambia el comportamiento de una fijación de acero, y la forma general de esa pregunta se trata en nuestra página sobre lo que una clase de resistencia no dice sobre las bajas temperaturas. Para un tornillo para madera en un cobertizo no tenemos datos: ningún valor de tenacidad para el acero y el tratamiento térmico en cuestión, ni nada que permita sopesar el frío frente al tamaño del orificio piloto. En el caso que motivó esta página, la aritmética disponible apunta al orificio y no al tiempo atmosférico.

¿Por qué se contradicen las tablas de orificios piloto publicadas?

En gran parte porque son porcentajes de diámetros distintos. Dentro de un mismo capítulo del Wood Handbook, la regla de los tornillos para madera es un porcentaje del diámetro de raíz y la de los tirafondos un porcentaje de la caña, y una tabla suele llevar los números sin la frase que dice a qué diámetro pertenecen. Como la raíz es menor que la caña, aplicar la referencia equivocada siempre da un orificio mayor del previsto.

Referencias

• Wood Handbook, Wood as an Engineering Material, FPL-GTR-190, Forest Products Laboratory, US Forest Service, 2010; capítulo 8, Fastenings: condición del orificio guía de los tornillos para madera, tabla 8–9 de diámetros de caña por calibre, porcentajes de orificio guía de los tirafondos e instrucciones sobre el lubricante y el martillo
• r/woodworking — el hilo donde empezó todo, incluido el autor descartando el atornillador de impacto y la respuesta que relata el mismo fallo a mano

El capítulo 8 del Wood Handbook se leyó en un ejemplar completo del documento, y las condiciones, porcentajes e instrucciones citados reproducen su redacción. El manual no tabula diámetros de raíz de tornillos para madera y no tenemos una fuente citable para ellos, así que aquí no se da ningún diámetro de orificio piloto en milímetros para ningún calibre; ese hueco forma parte del argumento y no es una omisión. No se cita ninguna densidad para el fresno, porque no leímos las definiciones de columna de la tabla que la daría, y nada en esta página depende de una cifra de densidad más allá de que el fresno es una frondosa. No se da ningún par de rotura para un tornillo para madera: la norma de tornillos autorroscantes cubre otra familia de fijaciones en chapa y sus cifras no son trasladables. La observación de que el par de inserción alcanza su máximo cerca del final del atornillado es mecánica general expresada por nosotros, no una frase del manual. La observación del manual sobre la resistencia a tracción admisible en la sección neta de raíz pertenece a la extracción de tirafondos y no se usa aquí como argumento de torsión. Nada en esta página diagnostica los tornillos del hilo ni nombra a un fabricante.