N° 33: Anclajes en el concreto

Por Arnaldo Gutiérrez

Figura 1. Uso de anclajes en el concreto:

a) Pernos postinstalados en una estructura de concreto  para empotrar ménsula de apoyo de una viga doble. Ampliación edificio de Laboratorios, UCAB, Caracas. Fotografía A. Gutiérrez.

b) Pernos de anclajes preinstalados en el pedestal de una fundación directa.

INTRODUCCIÓN

Para transmitir las fuerzas axiales y de corte de los miembros y estructuras de acero al concreto se utilizan anclajes de acero, sean instalados en concreto endurecido con una edad mínima de 21 días (ACI 318-14, Sección 17.1.2), como se ejemplifica con Figura 1a, o antes de colocar el concreto, anclajes preinstalados como se aprecia en la Figura 1b. También se emplean estos anclajes en la suspensión desde las losas de piso o techo de los sistemas de iluminación, de tuberías y diferentes conductos de ventilación y de aire acondicionado.

En la práctica y en la docencia de estructuras de acero, el anclaje de la estructura de acero a las fundaciones es un gran desafío no resuelto completamente. También es un tópico ignorado en la asignatura Concreto Reforzado de la carrera de Ingeniería Civil.

La motivación y objetivo del presente Cuaderno es contribuir a la familiarización con los conceptos, normas y tecnología actualizadas de los anclajes en el concreto, para lo cual se entregan documentación y ejemplos en los Anexos, cuyo manejo dará la confianza requerida para enfrentar el diseño asistido por computador (software) que muchos fabricantes de anclajes ponen gratuitamente a su disposición.

ANCLAJES EN EL CONCRETO

La Figura 2 contiene los anclajes contemplados por el Instituto Americano del Concreto, ACI, que rige el análisis, diseño y detallado para la seguridad de tales anclajes desde el Reglamento ACI 318-02 (en el Apéndice D) al actual ACI 318-14 (en el Capítulo 17, que es el utilizado en este Cuaderno).

Figura 2. Tipos de anclajes normalizados por el ACI 318-14

a) Anclajes preinstalados

b) Anclajes preinstalados

En la Figura 2a, como anclajes preinstalados: a) pernos de acero estructural con su cabeza dentro del concreto; b) y c) barras dobladas en L o en J; d) pernos con cabeza soldados a una plancha. En la Figura 2b, como anclajes postinstalados: a) anclajes adhesivos (incorporados a partir de la edición ACI 318-11); b) anclaje con sobre perforación en su base (undercut); c1 y c2) anclajes expansivos de torque controlado; d) anclajes de expansión de desplazamiento controlado. (Para más detalles sobre los anclajes, ver en Anexos, Ayudas para el proyecto: Notación y algunas definiciones ACI para anclajes).

El actual alcance del Capítulo 17 no cubre toda la oferta de la industria de los anclajes, pero deja la opción de autorizar el usos de aquellos productos que aprueben los requisitos de las normas ACI 355.2 Calificación de los anclajes mecánicos postinstalados en el concreto (ver Anexo, Documentos Complementarios) y ACI 355.4 Calificación de los anclajes adheridos post-instalados en el concreto y Comentario, según sea el caso.

Figura 3. Orientaciones posibles de anclajes (ACI 318-14, Fig. R.2.2. Ver Sección 17.8.2.4).

Las principales ventajas y desventajas comparativas entre los tipos de anclajes se entregan en las Tablas 1 y 2. 

Tabla 1. Anclajes preinstalados

Ventajas

Los anclajes se colocan con precisión respecto a las barras del acero de refuerzo. Variedad de anclajes, en diámetros, longitudes y configuraciones. 

Desventajas

Pueden moverse durante la colocación del concreto.
Sensibles a la consolidación del concreto.
No pueden moverse después que se ha colocado el concreto.
Los anclajes en los muros y en los sofitos de las losas, necesitan penetrar el encofrado para su instalación.

Tabla 2. Anclajes postinstalados

Ventajas

Pueden ser instalados con precisión respecto a los componentes.
Evitan la perforación del encofrado.

Desventajas

La localización de los anclajes respecto al acero de refuerzo puede ser imprecisa y podrían dañarlos al realizar las perforaciones para su colocación.
Generalmente los anclajes postinstalados tienen menor resistencia que los anclajes preinstalados de igual diámetro y profundidad de empotramiento.
Con respecto a los pernos preinstalados, requieren mayor trabajo de inspección, como se especifica, más adelante, en las consideraciones constructivas. 

VINCULACIÓN ENTRE LAS NORMATIVAS ACI y AISC

El antiguo Apéndice D del ACI y los documentos relacionados con los anclajes del Reglamento ACI 318, actualizados en ACI 318-14, son los referentes en muchas normas internacionales. Así por ejemplo el ACI 318-11 fue adoptado por el 2012 IBC y desde el 2014, al mejorarse los requisitos sismorresistentes y de diseño por fuerza cortante, se aplica en el estado de California. En los Documentos complementarios del Anexo, se incluyen las normas del estado de Florida y en Ayudas para el proyecto, la Guía preparada por el Hong Kong Institute of Steel Construction.

El Instituto Americano de la Construcción de Acero, AISC, remite al Apéndice D del ACI 318 (en los documentos publicados hasta el 2010 y al Capítulo 17 del ACI 318-14 a partir de los documentos con fecha de 2016), como se comenta a continuación:

ANSI/AISC 341-10 Seismic Provisions for Structural Steel Buildings
Sección D2.6 Bases de columnas:

“La resistencia disponible de los elementos de concreto en las bases de las columnas, incluyendo las barras de anclaje empotradas y el acero de refuerzo, será de acuerdo con el Apéndice D del Reglamento ACI 318”

Nota para el usuario. Cuando el acero de refuerzo en el concreto es parte del anclaje empotrado (embedment), es importante considerar los modos de falla y proporcionar la longitud de transferencia del acero de refuerzo a ambos lados de la superficie esperada de falla. Ver el Apéndice D del Reglamento ACI 318, incluyendo el Comentario”

Adicionalmente, en el Seismic Manual, páginas 4-105 a 4-111, Ejemplo 4.3 “Diseño de una base de columna de un pórtico especial de momento (SMF)”, se utiliza el Apéndice D del ACI 318-08.

AISC Design Guide 1- Base Plate and Anchor Road Design. Second edition, 2006
Carga axial de compresión concéntrica. Véase el Ejemplo.

  • Barras de anclajes en tracción. Con una comparación entre AISC y ACI.

  • Anclajes en concreto para fuerzas de tracción.

  • Corte en barras de anclajes.

  • Ejemplos de diseños: 4.4 y 4.5​ 

HIPÓTESIS PARA EL PROYECTO DE SISTEMAS DE ANCLAJES EN EL CONCRETO

El Capítulo 17 del Reglamento ACI 318-14 considera las siguientes hipótesis en el proyecto de un sistema de anclajes al concreto:

Las solicitaciones en los anclajes se aplican a través de la plancha base.

Se ignora la fricción entre la plancha base y el concreto.

Las reacciones en los anclajes se calculan mediante análisis elástico o inelástico. En el análisis elástico, las reacciones varían linealmente con la distancia al eje de rotación. En el análisis inelástico, las fuerzas se redistribuyen entre los anclajes dúctiles, tomando en cuenta la compatibilidad de deformaciones (Sección 17.2.1).

La resistencia a tracción de los anclajes no se afecta por la presencia cercana del campo de compresión.

El concreto fisurado tiene suficiente acero de refuerzo para restringir la anchura de las fisuras producidas por las solicitaciones de diseño.

Los anclajes que constituyen un grupo, son similares en tipo, diámetro y profundidad de empotramiento.

En edificaciones sujetas a las acciones sísmicas, los anclajes no deben estar localizados en las zonas donde se espera la formación de articulaciones plásticas.

Por lo tanto, una evaluación preliminar del proyecto de un sistema de anclajes debe tomar en cuenta:

  • La localización relativa de los anclajes entre sí, a los bordes de la plancha base y a los extremos de los bordes de concreto.

  • El tipo de anclaje, preinstalados o postinstalados. En los anclajes post-instalados debe diferenciarse entre los anclajes mecánicos de los anclajes químicos o por adherencia. Ver la Figura 11 de la clasificación general de los sistemas en la reseña que en Anexos se hace de la norma BC 354-48 del estado de la Florida, USA.

  • Diámetro y longitud del anclaje a ser empotrado en el concreto.

  • En las reacciones de los anclajes, además de los momentos, deben considerarse las componentes de las fuerzas normales y las fuerzas cortantes.

  • El factor de mayoración de las solicitaciones sísmicas según la Categoría de Diseño Sísmico (Seismic Design Category, SDC).

REQUISITOS SISMORRESISTENTES PARA LOS SISTEMAS DE ANCLAJES EN EL CONCRETO

Los requisitos sismorresistentes de las Secciones 4.4.6 y 5.2.2 del ACI 318-14 se han adoptado de los criterios del ASCE/SEI 7 Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures en el que el desempeño esperado se determina asignando la edificación a una Categoría de Riesgo (se consideran cuatro categorías: I a IV) basada en el riesgo que la sociedad está dispuesta a aceptar como consecuencia de una falla estructural o función de pérdida. En Ingeniería Sísmica, la categoría de riesgo se usa conjuntamente con los parámetros que definen la sacudida producida por el movimiento sísmico en el terreno de fundación, y el factor de importancia que depende del uso y la ocupación a que se destina la construcción. Se establecen las Categorías de Diseño Sismorresistente (Seismic Design Category, SDC) identificadas con las letras A a F. Ver en la Tabla R5.2.2 del ACI 318-14 la correlación entre las terminología usada por los códigos ACI, IBC, NFPA, ASCE, NEHRP, BOCA y UBC.

Las construcciones asignadas como SDC A no experimentan movimientos del terreno que puedan causar un desempeño inaceptable, aún cuando no se proyectan y construyen de manera sismorresistente. Las construcciones SDC B o C pueden sufrir daños inaceptables cuando no se proyectan y construyen de manera sismorresistente, y las construcciones asignadas como SDC D, están preparadas para soportar intensas sacudidas del terreno capaces de producir deformaciones inelásticas. Cuando se desconocen las propiedades del suelo con suficiente detalle para determinar el SDC, las normas explícitamente asignan la categoría SDC D. Las construcciones asignadas a SDC E o F están localizadas a pocos kilómetros dentro del área de una falla geológica activa capaz de producir un terremoto de gran magnitud con picos de aceleración que exceden de 0.60g, por lo que aún bien proyectadas y construidas su respuesta inelástica pueden causar severos daños, por lo que exigen de un cuidadoso prediseño, diseño, detallado, construcción e inspección.

Ver en Anexos/Ayudas para el proyecto de sistemas de anclajes/Diseño sismorresistente de anclajes, las lecciones por aprender dejadas por el terremoto del 2010 en Chile: Anclajes dañados en el terremoto de Chile 2010, Instalaciones industriales afectadas por el terremoto de Chile 2010, Tanques de vino durante el terremoto de Chile 2010.

SELECCIÓN DE LOS ANCLAJES

La Subsección 17.2.3.3. del ACI 318-14 exige que los anclajes postinstalados, mecánicos o adhesivo, deben estar normalizados por ensayos de laboratorios independientes a los de los fabricantes, bajo condiciones controlados que demuestren que satisfacen los requisitos de los documentos ACI 355.2 Calificación de los anclajes mecánicos postinstalados en el concreto (incluido en el Anexo ACI355.2.01 Evaluación de anclajes y ACI 355.4 Calificación de los anclajes adheridos post-instalados en el concreto y Comentario. Para enfatizar el cumplimiento de que la capacidad nominal del anclaje se basa el 5% fractil de las capacidades individuales de los anclajes, es decir, una confianza del 90% que el 95% de las capacidades medidas experimentalmente supere la capacidad nominal, los catálogos contemporáneos de los fabricantes de anclajes han reorientado su información más hacia la estadísticas de sus ensayos que al comportamiento de los anclajes como fue en el pasado. Ver en Anexos: Ayudas para el proyecto de sistemas de anclaje / Aclaratoria sobre el término Fractil.

Tabla 3. Recomendaciones de los fabricantes para la selección de los anclajes

Solicitaciones o cargas

Consideraciones para la selección

Designación del tipo de anclaje

Estática

Colocación directa o a través de un elemento.
Anclajes fijos o removibles. 
Solicitaciones de proyecto.

 Buscar en internet catálogo del fabricante 

Vibración constante

Naturaleza u origen de la vibración.
Factores de seguridad.
Distancias a los bordes.
Fijación en la zona de tracción.

Impacto

Naturaleza u origen del impacto.
Magnitud y dirección de la fuerza cortante del proyecto.
Anclajes fijos y anclajes removibles por mantenimiento.

Sísmica

Las condición sismorresistente se caracteriza por la reversión de dirección de las solicitaciones, por lo que el ingeniero estructural siempre deberá consultar al fabricante, antes del inicio del proyecto, sobre la disponibilidad y características de los anclajes más recomendables.
Se han usado los anclajes químicos HVA, para placas bases, y los anclajes mecánicos HSL para placas bases y muros con cargas dinámicas medias. No confundirse con los anclajes mecánicos HKB, mas económicos, pero no sismorresistentes. Los anclajes mecánicos KWIK BOLT 3 son totalmente inadecuados en condiciones dinámicas, porque generan fractura del concreto circundante a la cabeza del anclaje y con las tensiones provenientes de la acción dinámica, se pierde capacidad en el anclaje por la relajación debida a la disminución de la superficie efectiva de contacto concreto-anclaje en dicha cabeza o cono de tracción.
Los anclajes adhesivos no deben quedar expuestos al calor de las soldaduras. 

COMPORTAMIENTO Y MODALIDADES DE FALLA DE LOS ANCLAJES

Los anclajes en el concreto pueden presentar distintas modalidades de fallas dependiendo de varios factores: la resistencia del concreto; la profundidad de colocación, la distancia al borde del concreto, y la distancia entre los anclajes; el tipo y la dirección de la solicitación. La Figura 4 ilustra las modalidades de falla tipificadas en la Sección 17.3.1 del Reglamento ACI 318-14. La Figura 4b corresponde a la modalidad de falla por adherencia cuando el anclaje individual o en grupo está cargado en tracción, modalidad de falla incorporada desde la edición 2011 del Reglamento ACI 318, al incluirse en el alcance los anclajes adhesivos.

Figura 4. Tipificación de las modalidades de falla de los anclajes en el concreto según el Reglamento ACI 318-14.

a) Modalidades de falla de los anclajes en el concreto.

Cargados en tracción
b) Modalidad de falla por adherencia en anclajes individuales (single) o en grupo (group) incorporado desde el ACI 318-11.

La falla por cedencia y rotura en anclajes mecánicos o adhesivos (Figura 4(a)i) se produce cuando la resistencia de agotamiento del anclaje, en tracción o en corte, es excedida por la carga aplicada. Ocurre también con una profundidad de colocación insuficiente o con diámetros pequeños, por lo que la solución es usar anclajes con material de mayor resistencia o de mayor diámetro. También cuando se usan anclajes con cabeza, porque la superficie de apoyo es suficientemente grande como para descartar el deslizamiento del anclaje.

En el deslizamiento de anclajes adhesivos solicitados a tracción (pullout), Figura 4 (a),ii), se presenta una ruptura cónica de poca profundidad en la interfaz de adherencia entre el material base y el adhesivo. El cono de ruptura del concreto no es el mecanismo de falla, lo diferencia de la rotura del concreto (breakout, Figura 4a,iii) que se observa en los anclajes en los anclajes mecánicos a tracción. La solución es aumentar la fuerza de expansión con un mayor tamaño o diámetro del anclaje.

La ruptura cónica del concreto (concrete breakout, Figura 4(a),iii) caracteriza a los sistemas de anclajes mecánicos o adhesivos solicitados a tracción, instalados a poca profundidad, o cuando se instalan en grupos con separaciones inferiores a la separación crítica. Se soluciona al incrementar la fuerza de expansión con un mayor tamaño de los anclajes.

El hendimiento del concreto (concrete splitting, Figura 4(a),v) con anclajes mecánicos o adhesivos se presenta en concreto de poco espesor o dimensiones, por lo que se recomienda usar una mayor distancia entre los anclajes y los bordes y una mayor profundidad de colocación.

Rotura del borde de concreto (concrete breakout, Figura 4(a), iv y 4(b), iii) se observa en anclajes mecánicos o adhesivos solicitados en tracción o en corte instalados a una distancia del borde inferior a la distancia crítica o las cargas se aplican en dirección al borde que obliga a un factor de reducción. Se recomienda entonces mayor distancia al borde y separación entre anclajes. También el uso de anclajes adhesivos que no producen fuerza de expansión.

La falla por adherencia mostrada en la Figura 4b se presenta generalmente en concretos de baja resistencia debido al desmoronamiento del concreto antes de que se desarrolle la resistencia de agotamiento del acero. También por una perforación sobredimensionada, o en anclajes cementados (grouted) o químicos cuya profundidad de empotramiento es insuficiente.

Una discusión más amplia sobre las modalidades de falla se encuentra en la carpeta Ayudas para el proyecto de sistemas de anclajes: Modalidades de falla de anclajes.

PREDIMENSIONADO DE UN SISTEMA DE ANCLAJES EN EL CONCRETO

Tanto los fabricantes de los anclajes como los ingenieros que los incorporan en sus proyectos estructurales, reconocieron la complejidad de la aplicación del Apéndice D, actual Capítulo 17 del ACI 318-14. Los fabricantes suministran de manera gratuita programas para computador (software) que facilitan los tanteos para conseguir la solución más conveniente en cada situación en particular (verlos en Anexos/Ayudas para el proyecto). Sea que se recurra o no a estas ayudas, conviene hacer un prediseño del sistema de anclajes al concreto según los siguientes lineamientos:

  1. Seleccionar el tipo de anclaje más apropiados: preinstalados (anclajes por prolongación recta, anclajes con ganchos en L o J, anclajes con cabeza, anclajes con pletina y tuerca) o postinstalados (mecánicos o adhesivos). Ver Tabla 3.

  2. Calcular las solicitaciones del proyecto según las combinaciones de solicitaciones contempladas en la Sección 5.3.1 del ACI 318-14.

  3. Calcular el área y número de anclajes para las solicitaciones que controlan el proyecto. Se consideran tres solicitaciones básicas: Tracción (Artículo 17.4), Corte (Artículo 17.5) y una combinación de las mismas (Artículo 17.6). Ver la presentación de Ejemplos que se hace en Anexos.

  4. Tomar en cuenta que la proximidad a un borde de concreto, la separación entre los anclajes, y el espesor del miembro de concreto donde se fijan pueden reducir significativamente la resistencia del sistema de anclaje, por lo que debe revisarse el espacio disponible, disponer los anclajes, como se especifica en Artículo 17.7 del ACI 318-24.

En el predimensionado del sistema de anclajes se recomienda usar la información de las Tablas 4 a 6, con las distancias mínimas en función de la profundidad efectiva de anclaje, hef, que inicialmente puede suponerse 8 veces el diámetro del anclaje.

Tabla 4. Distancias críticas a los bordes, cac de pernos individuales (Sección 17.7.6)

Anclaje

No menor de

Anclaje químico o adhesivo

2 hef

Con sobresuperficie en su base (undercut)

2.5 hef

Anclaje mecánico de torque o desplazamiento controlado

4 hef

Con:

hef ≤ 2/3 espesor, ha; o, hef = ha─10 cm
hef = profundidad de empotramiento del anclaje
ha = espesor del miembro de concreto. Ver Ejemplo 3.

Tabla 5. Profundidad límite para pernos adhesivos
Subsección 17.3.2.2.3

Diámetro nominal
da

Mínimo
4 da

Máximo
20 da

plg

mm

plg

mm

plg

mm

1/4

6.35

1.0

25.4

5.0

127.0

3/8

9.525

1.5

38.1

7.5

190.5

1/2

12.7

2.0

50.8

10.0

254.0

5/8

15.875

2.5

63.5

12.5

317.5

3/4

19.05

3.0

76.2

15.0

381.0

7/8

22.225

3.5

88.9

17.5

444.5

1

25.4

4.0

101.6

20.0

508.0

Tabla 6. Separación mínima, s, y distancia a los bordes, camín para evitar el hendimiento del concreto
Sección 17.7.1 a 17.7.3

Tipo de anclaje

Mínima

s

ca,min

Preinstalados

Sin torque

4 da

No aplica

Con torque

6 da

6 da

Post instalados

Sobreperforado en su base

6 da

6 da

Torque controlado

8 da

Desplazamiento controlado

10 da

Adhesivos

6 da

Nota.- La longitud mínima de empotramiento es de 8d(Subsección 17.2.3.4.3(3))

PROYECTO DE UN SISTEMA DE ANCLAJES SEGÚN EL CAPÍTULO 17 DEL REGLAMENTO ACI 318-14

La filosofía del proyecto de un sistema de anclajes en el concreto responde al planteamiento general de la Sección 17.2.2:

Capacidad (Resistencia) del anclaje reducida mediante un factor de minoración. 

Demanda (Solicitaciones) sobre el anclaje incrementada mediante un factor de mayoración.

que explícitamente se entrega en la Tabla 7 del presente Cuaderno.

La falla del sistema de anclajes siempre debe ser dúctil, como se indica en la Figura 5, comentada en el trabajo Requisitos de ductilidad para anclajes, disponible en Ayudas para el proyecto de sistemas de anclajes / Carpeta Diseño sismorresistente de anclajes. 

Figura 5. Jerarquización de las modalidades de falla en un sistema de anclajes en tracción. De izquierda a derecha, la rotura frágil del acero (steel), la rotura del concreto (breakout), y el desprendimiento del concreto (pullout). Observar que se comparan las capacidades teóricas. [Jason Oakely, 2015].

Tabla 7 Capacidad de los anclajes al concreto
Excepto cuando controlen los requisitos sismorresistentes de la Sección 17.2.3

Modo de falla

Anclaje
individual

Anclajes en grupo 

Anclaje individual 
en el grupo

Anclajes como 
un grupo

Tracción 
(Artículo 17.4)

Resistencia del anclaje 
(17.4.1)

Nsa  ≥  Nua

Nsa  ≥  Nua,i

 

Rotura del concreto
(17.4.2)

Ncb  ≥  Nua

 

Ncbg  ≥  Nua,g

Desprendimiento del concreto 
(pullout) (17.4.3)

Npn  ≥  Nua

Npn  ≥  Nua,i

 

Descascaramiento cara lateral de concreto 
(side-faceblowout) (17.4.4)

Nsb  ≥  Nua

 

Nsbg  ≥  Nua,g

Adherencia de anclajes adhesivos
(bond failure) (17.4.5)

Na  ≥  Nua

 

Nag  ≥  Nua,g

Corte
(Artículo 17.5)

Resistencia del anclaje
(17.5.1)

Vsa  ≥  Vua

Vsa  ≥  Vua,i

 

Rotura del concreto
(17.5.2)

Vcb  ≥  Vua

 

Vcbg  ≥  Vua,g

Rotura del concreto por cabeceo del anclaje
(pryout(17.5.3)

Vcp  ≥  Vua

 

Vcpg  ≥  Vua,g

Interacción de las fuerzas de tracción y de corte (Artículo 17.6)

Cuando Vua /Vt   ≤  02 :   fNt  ≥  Nua      Sección 17.6.1
Cuando Nua /Nt   ≤  02 :   fVt   ≥  Vua      Sección 17.6.2

En caso contrario, es decir, cuando

Vua /Vt   ≥  02   y  Nua /Nt  ≥  02,

controla la Sección 17.6.3:

Nua /N+  Vua /Vtt    ≤  1.2 

Notas. La capacidad del anclaje y en la falla de desprendimiento se calculará para el anclaje más demandado en el grupo. Se respetarán las distancias mínimas para evitar la falla por hendimiento del concreto (splitting failure)

Sea en tracción o en corte, según el Artículo 17.7 controlará la falla que arroje el menor valor del anclaje.

Los sistemas de anclajes al concreto cumplirán con los criterios generales mostrados en la Tabla 8 y que se utilizan en los Ejemplos del Anexo.

Tabla 8. Criterios generales para los sistemas de anclajes al concreto

Requisitos generales, Artículo 17.2
Métodos de análisis, Sección 17.2.1
Requisitos sismorresistentes, Sección 17.2.3
Solicitaciones, Sección 5.3.1
Ductilidad del anclaje o del grupo de anclajes, Subsección17.2.3.4.3
Distancias, separaciones, y espesores de concreto, mínimos. Artículo 17.7
Acción de grupo, Subsección 17.2.1.1
Factores de minoración de la resistencia teórica, f, Secciones 17.3.3 y 17.3.4

Requisitos para solicitaciones de tracción, Subsección 17.2.3.4]
Requisitos para solicitaciones de corte, Subsección 17.2.3.5
Interacción tracción – corte, Artículo 17.6
Anclajes adheridos instalados horizontalmente, Sección 17.2.4
Instalación e inspección, Artículo 17.8

El procedimiento de proyecto de un sistema de anclajes preinstalados o postinstalados está condicionado por el tipo de solicitaciones como se esquematiza en las Tablas 9 y 10, y se discute en el Anexo en la presentación de los Ejemplos. 

Tabla 9. Proyecto de los sistemas de anclajes al concreto en función de las solicitaciones: Fuerza normal de tracción

Solicitación dominante

Sistema de anclajes

Modo de fallas

Fuerza de 
tracción

Preinstalados

Tracción en el anclaje 

Rotura del concreto

Desprendimiento del concreto

Descascaramiento lateral del concreto

Hendimiento del concreto

 Postinstalados

Mecánicos 
o expansivos

Tracción en el anclaje

Rotura del concreto

Desprendimiento del concreto

Verificación del anclaje

Hendimiento del concreto

Adhesivos 

Diámetro y largo del anclaje.

Tracción en el anclaje

Resistencia por adherencia

Rotura del concreto

Hendimiento del concreto

Comentario a la Tabla 9

La resistencia a tracción del anclaje usualmente prevalece por sobre la rotura del concreto ya sea porque se utiliza acero de refuerzo en el concreto o porque la profundidad, distancia a los bordes y espaciamiento entre anclajes es suficiente como para que la rotura del concreto exceda a la del acero. Para maximizar la resistencia del concreto los anclajes individuales deberán separase de los bordes al menos 1.5 hef en pernos preinstalados y 1.5 hef y 1.0 cNa para anclajes adhesivos postinstalados. Para anclajes en grupos, los anclajes deben separarse al menos 3 hef para los anclajes pre-instalados y los anclajes mecánicos postinstalados y de 3hef  y 1.0 cNa para los anclajes adhesivos post-instalados. El cálculo de la resistencia del anclaje se especifica en la Sección 17.4.1.

Cuando la geometría de la conexión no permite que controle la resistencia del anclaje, la falla será por rotura del concreto, que se calculará con lo dispuesto en la Sección 17.4.2

Las dimensiones de los anclajes son suficientes como para prevenir la falla por desprendimiento del concreto alrededor del anclaje, como se podrá comprobar al aplicar las disposiciones de la Sección 17.4.3.

El descascaramiento de la cara lateral del soporte de concreto en los anclajes individuales es función de la resistencia del concreto, la distancia al borde y el área de aplastamiento de la cabeza del anclaje, como se indica en la Sección 17.4.4, por lo que solamente se considera solamente para un anclaje profundo cercano a un borde, hef> 2.5 ca1.

Los anclajes certificados por la norma ACI 355.4 Calificación de anclajes adhesivos post- instalados en el concreto no deberán fallar por adherencia al concreto, por lo que en la Sección 17.4.5 se entrega un procedimiento conservador cuando no se disponga de inmediato del reporte y certificado específico para el anclaje utilizado.

Tabla 10. Proyecto de los sistemas de anclajes al concreto en función de las solicitaciones: Fuerza de corte

Solicitación dominante

Sistema de anclajes

Modalidad de falla

Fuerza 
de corte

Preinstalados,
postinstalados 
mecánicos 

Tracción en el anclaje

Rotura del concreto

Desprendimiento del concreto

Rotura del concreto por cabeceo del anclaje 

Hendimiento del concreto

Post-instalados
 Adhesivos 

Tracción en el anclaje

Resistencia por adherencia

Rotura del concreto

Rotura del concreto por cabeceo del anclaje 

Hendimiento del concreto

Comentario a la Tabla 10

La resistencia a tracción del anclaje usualmente prevalece por sobre la rotura del concreto ya sea porque se evita la rotura del concreto mediante el control de la distancia a los bordes libres y a la separación entre los anclajes. El cálculo de la resistencia del anclaje por corte se especifica en la Sección 17.5.1.

Cuando la geometría de la conexión no permite que controle la resistencia del anclaje, la falla será por rotura del concreto, que se calculará con lo dispuesto en la Sección 17.5.2

La resistencia al desprendimiento del concreto del anclaje se estima que es de una a dos veces resistencia al desprendimiento por tracción, por lo que esta modalidad de falla se asocia a anclajes profundos. La resistencia a tracción del acero controla en anclajes con profundidad entre 4.5da a 5.5da, dependiendo de la resistencia de los materiales empleados; da es el diámetro del anclaje. Véanse las disposiciones de la Sección 17.5.3 del ACI 318-14.

Cuando la fuerza cortante es paralela a un borde de concreto, se verificará que la distancia de los anclajes al borde libre y la separación entre anclajes es suficiente para que la rotura del concreto exceda la resistencia del acero del anclaje. Con respecto a la resistencia al corte de las esquinas del miembro de concreto, véase la Tabla 11 y la Figura 9.

En la Figura 6 se resumen los casos que pueden presentarse cuando una fuerza de tracción Nn actúa excéntricamente con respecto al centro de gravedad del grupo de anclajes (vista en planta). En las respectivas elevaciones (Section A-A, Section B-B) se destaca con línea punteada los anclajes en la zona comprimida y por tanto no considerados que contribuyen a la resistencia a tracción del grupo. Ver Ejemplos 5, 7, 16 y 17 (Ejemplo 5, Ejemplo 16, Ejemplo 17, respectivamente).

Figura 6. Casos de fuerza de tracción Nn excéntrica con respecto al centro de gravedad de un grupo de anclajes: a) Excentricidad en una dirección resistida por todos los anclajes del grupo; b) Excentricidad en una dirección resistida por parte de los anclajes del grupo; c) Excentricidad en dos direcciones. Los anclajes en la zona comprimida (achurada) y que no contribuyen a la resistencia del grupo, se muestran con línea punteada. [ACI SP-17(11)2].

Las conexiones que principalmente resisten fuerza cortante se clasifican en dos categorías atendiendo al grado de fijación de los anclajes a la plancha base. Para los anclajes no soldados a la plancha base, serán los casos contemplados en la Tabla 11 y Figura 7. La Tabla 11 y la Figura 7 presentan los tres casos a considerar en la rotura del concreto por corte y que es función de la relación entre los anclajes, s, y la distancia a los bordes, ca1,1

Tabla 11. Grupo de anclajes que resiste fuerza cortante, Vs

Conexión anclaje
- plancha base

Separación
entre
anclajes

Configuración de rotura a verificar 

 

Caso 1 (Fig. 7a)

La mitad de V es resistida por la fila de anclajes más cercana a los bordes de concreto.

Caso 2 (Fig. 7b y Fig. 7d)

La totalidad de es resistida por la fila de anclajes más lejanos a los bordes de concreto.

Caso 3 (Fig. 7c)

La totalidad de V para la rotura es resistida por la fila de anclajes más cercana a los bordes de concreto.

Anclajes no soldados a la plancha base

s  ≥  ca1,1

No

s  ≤  ca1,1

NO

No

Anclajes soldados a la plancha base

Todas las separaciones

No

Figura 7 Condiciones críticas para anclajes no soldados (a) a (c), y (d) para anclajes soldados a la plancha base; ver Tabla 11. Los círculos claros representan los anclajes que no están resistiendo la fuerza cortante, mientras que los círculos oscuros identifican los anclajes que están resistiendo la fuerza cortante. [ACI SP-17(11) 2].


La rotura del concreto por corte en los bordes se analizará como se indica en la Figura 8, tomándose el menor valor entre la fuerza paralela y perpendicular a la fuerza cortante; ver Ejemplo 8 y Ejemplo 19. Los anclajes preinstalados requerirán la colocación de acero de refuerzo adicional, como se explica en el Ejemplo 7.

Adicionalmente, para evita la falla por hendidura o rajamiento del concreto (splitting failure) deben satisfacerse los requisitos de las distancias del anclaje o anclajes al borde de concreto, la separación entre los anclajes, y el espesor del material base de concreto.

Figura 8. Grupo de anclajes próximos a los bordes de concreto. [ACI SP-17(11)2].

En presencia de fuerzas de tracción y corte simultáneos, previamente deben verificarse las resistencias individuales antes de comprobarse que la interacción satisfaga los requisitos del Artículo 17.6.

El Capítulo 17 del ACI 318-14 no contempla fuerza cortante aplicadas en una dirección no ortogonal, por lo que Eligehausen y sus colaboradores han propuesto resolver la fuerza cortante en dos componentes ortogonales para evaluar la resistencia del concreto en cada dirección  y tomar la menor de ellas, como se ve en la Figura 9, al aplicar la siguiente fórmula de interacción:

Figura 9. Grupo de anclajes solicitados por una fuerza inclinada próxima a dos bordes libres. [ACI SP-17(11)2].


En lugar de la fórmula de interacción Tracción – Corte representada por la línea recta con exponente n = 1 (no escrito) consignada en el Capítulo 17 ACI 318-14, los fabricantes de anclajes al concreto utilizan en sus manuales y programas (software) la fórmula de interacción elíptica con exponente n = 0.625. La diferencia se muestra en la Figura 10, véase en Ayudas para el proyecto / Comparación procedimientos ACI vs Fabricantes; también Modalidades de falla

Figura 10. Diagramas de interacción fuerza axial – fuerza cortante


 

NOTACIÓN ACI PARA LOS ANCLAJES EN EL CONCRETO

La primera dificultad a vencer en el uso y entendimiento del Capítulo 17 del ACI 318-14 es el manejo de la notación. Para una explicación más extensa, véase en las Ayudas para el Proyecto Notación y algunas definiciones ACI para sistemas de anclajes.

La notación se conforma con una letra mayúscula que identifica el tipo de fuerza: Fuerza axial, N, (predominantemente a tracción), o la fuerza cortante, V. Y subíndices para otras propiedades, como las que se señalan a continuación:

El subíndice u indica que la solicitación está mayorada.

N solicitación axial

ua anclaje en un grupo

­mayorada

N ua,g

 un grupo de anclajes

Nua,i
 el mas demandado en el grupo de anclajes

Nua,s
mantenido (sustained

Los dígitos corresponden a donde aparece la notación por primera vez. Cuando no se antepone el factor de minoración f corresponde a la resistencia teórica.

17.4.5.1  N anclaje adhesivo
               Nag  grupo de anclajes adhesivos

17.4.2.1  N rotura del concreto (breakout concrete)

17.4.1.2  Nsa¬anclaje
                simple

17.4.4.1  Nsb descascaramiento (side-faceblowout) por un anclaje individual.

17.4.4.2  Nsb,g descascaramiento (side-faceblowout)por un grupo de anclajes.

17.3.1.2  Nba adhesivo (bond); también Nba básico.

17.4.2.1  Ncb rotura del concreto (concrete breakout) por anclaje individual.

               Ncb,g rotura del concreto (concrete breakout) por un grupo de anclajes.

               Vcb  fuerza cortante
               
 rotura del concreto (concrete breakout)

17.5.3.1  Vcp  Corte
               
Rotura del concreto por cabeceo de un anclaje (concrete pryout).

Vcp,g         Idem., pero por un grupo de pernos.

Como en otros Cuadernos, se ha reemplazado fc′ por Fc, y la notación Fy y Fu del AISC en lugar de la del ACI.

PROTECCIÓN DE LOS ANCLAJES

Para la protección de los anclajes de la corrosión, véase en el Anexo Ayudas para el Proyecto: Modalidades de fallas de anclajes. La protección de los anclajes por el fuego generado durante un incendio, ser cubre en los catálogos de los fabricantes.

CONSIDERACIONES CONSTRUCTIVAS

Los pernos de anclajes, pre y postinstalados requieren de una constante inspección, tal como se recomienda en las Ayudas para el proyecto: Modalidades de falla de anclajes. Deben cuidarse las distancias adecuadas a los bordes libres de concreto, y que no se confundan con las distancias a los bordes de las planchas de acero. Vigilar que no se comentan errores en las dimensiones o perforaciones en el concreto, y que la penetración en el mismo sea completa y sin desviaciones de la vertical. Que las tuercas apretadas tengan los hilos establecidos, y que las resinas adherentes, cuando se usen, no queden expuestas a las altas temperaturas que se generan en las soldaduras del acero.

BIBLIOGRAFÍA COMENTADA

  • ACI Committee 318 (2014).Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary.ACI 318-14. Farmington Hills, MI, 519 p. Debido a la importante reorganización del contenido de este ACI 318 con respecto a las ediciones previas, se sugiere al interesado usar los Cross Reference318-14 to 318-11, y viceversa, consignados en la Carpeta ACI de los Documentos Complementarios del presente Cuaderno. Es posible que tan penosa tarea de identificación de la nueva normativa con las versiones previas al 318-14 se alivie con el uso de la publicación The reinforced concrete design handbook in accordance con ACI318-14 SP-17(14) en dos volúmenes. En consecuencia todas las referencias que siguen, deberán actualizarse con los requisitos ACI 318-14. Es importante señalar que el Capítulo 17, antiguo Apéndice D, no tiene resuelto todos los aspectos relacionados con los anclajes en el concreto. Véase por ejemplo en Ayudas para el proyecto / Grouted anchors y Ejemplo Design of anchor reinforcement in concrete pedestal.

  • AISC (2012). Seismic Design Manual, 2nd. Edition, september. Utiliza el Reglamento ACI 318-08. Parte del Ejemplo 4.43, la fundación de un pórtico especial de momentos (SMF), está dedicada al sistema de anclajes, que entonces queda actualizado en el presente Cuaderno con el Capítulo 17 de ACI 318-14. En particular, los Ejemplos con fuerza axial y corte constituyen una guía para tal actualización del Manual AISC.

  • Colegio de Ingenieros de Zacatecas, A.C. Manual Técnico de Productos Hilti 2011-2012. PDF. En las ediciones más antiguas de sus catálogos, los fabricantes daba más importancia al comportamiento de los anclajes en el concreto, pero ahora el énfasis está en el análisis estadísticos de los resultados de los ensayos de laboratorio que respaldan los valores que entregan en los catálogos. Ver en el Anexo: Ayuda para el Proyecto/ Aclaratoria sobre el término Fractil; / Información suministrada por el fabricante; / Modalidades de falla de los anclajes.

  • Eligehausen, R., Mallée, R. and Silva, J (2006). Anchorage in concrete construction. Ernts&Sohn (Wiley), 378 p.

  • Fischer, J. and Lawrence K. (2006). AISC Design Guide 1. Base Plate and Anchor Road Design. Second edition. AISC, 69 p. Ver Anexos: Documentos Complementarios Design Guide 1. La publicación sigue los lineamientos de ACI 318-02, por lo que el presente Cuaderno constituye una puesta al día en los aspectos referentes a los anclajes al concreto.

  • Fischer, Scott (2015). Anchor reinforcement for concrete podium slabs. Resultados del programa de investigación y ensayos promovidos por la Structural Engineering Association of Northern California,SEAONC. Descargar de seblog.strtong.tie.com. También en www.simpsonanchors.com/Resources/Technical Topics se dispone de noticias, notas y discusión sobre los anclajes para el concreto.

  • Gutiérrez, A. (2016). Correspondencia digital con los ingenieros José Bolívar y Sigfrido Loges, usada para elaborar la nota sísmica de la Tabla 3. Se agradece al Ing. Denis Rodríguez la información sobre el Reglamento ACI 318-14.

  • Hilti (2015). Manual Técnico de Anclajes. Elaborado según los requisitos del ACI 318-11. 224 p. Contiene la evaluación de los datos de ensayo, y como otros fabricantes, utiliza el término fractil (Ver en el Anexo: Ayuda para el Proyecto/ Aclaratoria sobre el término Fractil).

  • INTI. Evaluación del comportamiento de los anclajes mecánicos para instalar en hormigón endurecido. ACI 355.2-01, Incluida en Documentos complementarios. En internet se consiguen versiones más actuales en inglés. En 1993 se produjo el documento ACI 355.2 como una norma de precalificación del Subcomité E06.13 de ASTM. En 1997 pasa a ser una norma provisional del Comité 355. En 2001 es una norma provisional del ACI que en 2002 se incorpora como Apéndice D del Reglamento ACI 318-02. Y en la reorganización del Reglamento, que es el ACI 318-14, el Apéndice D se convierte en el Capítulo 17. Antes del Apéndice D del 318-02 se utilizaban las recomendaciones del Comité 349 Estructuras Nucleares y las guías industriales como el PCI Handbook (buscar por ejemplo en internet: PCI 6th edition Headed concrete anchors (HCA) Manual, así como otras referencias producidas bajo el programa de investigación sobre anclajes de pernos con cabeza)

  • Janowiak, R., Kreger, M and Nanni, A, editors (2012). The Reinforced Concrete Design Manual in Accordance with ACI 318-11. Anchors to concrete, Publication SP-17 (11) Volume 2, 201p.

  • Kligner, Richard E. (2007). Anclajes al concreto por el ACI 318-05. Seminario, Instituto de Ingeniería, UNAM, México, D.F. Marzo. Presentación en Power Point donde revisa los antecedentes históricos y los cambios en el modelo de falla en el concreto, así como los métodos de ensayos de los anclajes. Verlo en Anexos como 316 Conferencia Prof. Kligner UNAM 2007. 

ANEXOS

Los Anexos están formados por los Documentos complementarios, las Ayudas para el Proyecto y los Ejemplos. Para facilitar su búsqueda se indica el número zip de referencia.

1) Documentos complementarios

Se incluyen los documentos que por dificultades en su obtención, o por señalar futuras tendencias en el tema, o para facilitar la posterior lectura del artículo principal sin necesidad de recurrió a internet.

Documentos ACI

Documentos Método Puntal Tensor

AISC

Normas del estado de Florida, USA

Ambos documentos contienen fundamentos teóricos, experimentales y ejemplos numéricos. Un ejemplo de la sinergia entre universidades y administraciones estatales y de las llamadas “líneas de investigación”. Véase también el Cuaderno No. 24 Estructuras de soporte para señalización vial. En BD545 se comparan AASHTO LRFD 2004 con ACI 318-05, que suple las condiciones no contempladas por AASHTO.

Figura 11. Clasificación de los sistemas de anclajes según BC354-48

2) AYUDAS PARA EL PROYECTO DE SISTEMAS DE ANCLAJES

Esta sección agrupa tanto los documentos que apoyan, teórica y prácticamente, los ejemplos como la práctica de un proyecto:

  • Comparación procedimientos ACI vs Fabricantes. Los fabricantes ofrecen software y manuales gratuitos con notación y procedimientos diferentes a los del ACI 318, entre otras razones, porque se apoyan en los resultados de los ensayos requeridos para la certificación de sus productos. Por tanto es recomendable que el ingeniero valide los resultados de estas ayudas con las que obtendría de aplicar el ACI 318.

  • Adhesivos epóxicos para anclajes. Información suministrada por un fabricante de productos químicos para anclajes.

  • Posición del eje neutro. En el Ejemplo 7 se muestra la posición del eje neutro, pero no se explica cómo se calculó. Por eso en esta carpeta se entregan dos documentos con el algoritmo para calcular la posición del eje neutro:

  • Algoritmos

  • Cálculo de figuras planas

  • Anchor calculation tutorial Red Head. Ejemplo de software suministrado por los fabricantes de anclajes. No encontramos la versión ACI 318 usada, pero por la fecha y la información, creemos que es el Apéndice D del ACI 318-11. Tuvimos tentados de incluir las figuras que acompañan la explicación de cada modalidad de falla en el texto de este Cuaderno, pero sería sobrecargarlo. En el ejemplo seleccionado se usa un tubular rectangular, que seguramente no sobrevivirá ni a los anclajes ni a la soldadura, al fallar por pandeo local o por la corrosión que progresará desde la pared interna.

  • Aplicando Apéndice D ACI318. El autor de este trabajo afirma y que entender los factores y es la clave para desbloquear el Apéndice D y dimensionar los pernos de anclaje.

  • Correspondencia entre Apéndice D y el Capítulo 17. Versión comentada y mas directa que los Cross Reference dados en la Carpeta ACI de los Documentos complementarios.

  • Ejemplos de detallado de anclajes. Se han seleccionados ejemplos del detallado de anclajes en casos reales.

  • Ejemplo de información suministrada por el fabricante. Para familiarizarse con los datos requeridos para un proyecto, y para preparar gráficos de los factores que condicionan la resistencia de los anclajes.

  • Grouted anchors. Importante llamado de atención sobre un aspecto no contemplado en el alcance actual del Capítulo 17, Sección 17.1.2. por lo que entrega referencias. 

  • Guide design postinstalled anchor bolts. Publicado por el Hong Kong Institute of Steel Construction. Acercamiento a la visión asiática del problema.

  • Modalidades de falla de anclajes. Se ha rescatado información sobre el comportamiento de los anclajes publicada en los antiguos catálogos de los fabricantes, porque en los catálogos contemporáneos se ha reemplazado por las consideraciones estadísticas sobre el cumplimiento de los requisitos exigidos para la certificación de los productos a partir de ensayos en laboratorios independientes a los del productor de anclajes.

  • Notación y algunas definiciones ACI para sistemas de anclajes. Ampliación de la explicación de la notación iniciada en el texto principal del Cuaderno. Incluye algunas definiciones actualizadas tomadas de la versión en español del ACI 318S-05.

  • Notas curso de anclajes. Curso de Mejoramiento Profesional en el Colegio de Ingenieros de Venezuela dictado por el Ing. Germán Lozano, Caracas. Información sobre el cálculo de las propiedades resistentes de anclajes, y ejemplos en proyectos de plantas industriales.

  • Cálculo de diámetro y longitud de anclajes.

  • Pernos de anclajes.

  • TEG Anclajes Apéndice D ACI318-08 en Excel.

  • Propiedades de anclajes. Recopilación de tablas orientadas a que el ingeniero produzca sus propias tablas adaptadas a la práctica de su oficina de proyectos.

  • Tablas para el diseño de sistemas de anclajes. Se suministran modelos de las tablas necesarias para aplicar el Capítulo 17 ACI 318-14, que el ingeniero podrá adaptar a las prácticas de su oficina

Carpeta Diseño sismorresistente de anclajes

En este mismo orden de ideas y para el caso del acero, véase el Cuadernon° 3 Bloque de corte revisitado y léase la introducción al Anex Ejemplos.

3) EJEMPLOS

Se entregan ejemplos que muestran la aplicación de los conceptos, las metodologías y las disposiciones normativas mencionadas en el texto principal del Cuaderno. Se describen los Ejemplos y dos Tablas ayudan a ubicar rápidamente el ejemplo mas adecuado a cada situación de proyecto.

Advertencia. Leer antes de usar los ejemplos

En cada ejemplo se indica la modalidad de la falla y la relación Demanda/ Capacidad que facilita, además del manejo de la interacción corte y fuerza axial, la estrategia de diseño. Respecto a esta estrategia, por razones de espacio, no se escriben los resultados de las fórmulas de las resistencias teóricas, sino que se entregan ya minoradas, porque partimos del supuesto que controla la modalidad de falla dúctil, como se ha mostrado en la Figura 5, y se explica detalladamente con un ejemplo en el documento Requisitos de ductilidad para anclajes de Ayudas para el proyecto/ Diseño sismorresistente de anclajes. Pero si es conveniente, incluir en la Memoria Descriptiva del Proyecto, los pasos intermedios. Igualmente se recomiendan las comparaciones para evaluar las opciones propuestas por el proyectista (véase Ejemplo 15). 

Los ejemplos fueron desarrollados en el tiempo y separadamente de otras partes de este Cuaderno, por lo que existen algunas inconsistencias en el uso de términos, como por ejemplo, adheridos en lugar de adhesivos. Se corregirán en una futura oportunidad, mientras tanto el interesado deberá tomar nota y adecuar el término correcto.

ANCLAJES PREINSTALADOS

a) Anclajes mecánicos individuales preinstalados

  • Ejemplo 1 Mec.preins.Tracción. Anclaje mecánico individual preinstalado solicitado en tracción. Soporte de una tubería colgada de un piso o techo en una estructura con Categoría de Diseño Sísmico, SDC D, por lo que debe cumplir con los requisitos sismorresistentes de la Subsección 17.2.3.4.2. Por las razones expuestas en el párrafo precedente, invitamos al interesado a desarrollar los pasos intermedios del cálculo de las resistencias teóricas para constatar realmente la respuesta dúctil del sistema de anclajes.

  • Ejemplo 2 Mec.preins.Corte. Anclaje mecánico individual preinstalado solicitado en corte. Fijación de un riel (track) de una estructura liviana mediante un perno con cabeza. Ver en Anexo: Ayudas para el proyecto/ Notas curso de anclajes.

  • Ejemplo 3 Mec.preins.Corte y tracción. Anclaje mecánico individual preinstalado solicitado simultáneamente por corte y tracción. Anclaje de un techo de estructura de acero. Compárense con Ejemplo 11 y Ejemplo13. Ver Notas Curso de Anclajes. Influencia de intercalar pletina de acero (sill plate) entre el ángulo sujetador de la cercha y la viga de concreto, según Sección 17.5.1.3. Como no hay comentario al respecto en el ACI 318, se anota como tema para un futuro Cuaderno. Véase Anchorage of steel buildings.

  • Ejemplo 4 Mec.preins.Corte y Tracción. Variante de Ejemplo 3 con la misma calidad de acero usando un anclaje en L. Menor capacidad respecto al desprendimiento del concreto (pullout), y también se incrementa la posibilidad de desprendimiento del concreto en la cara lateral del apoyo. Ver Notas Curso de Anclajes.

  • Plancha base y anclaje en torre de telecomunicaciones.

  • Verificación de anclajes.

b) Anclajes mecánicos en grupo preinstalados

Como lección aprendida al realizar estos ejemplos (los numerados) se recomienda que la verificación de la acción de los anclajes como un grupo, se haga para satisfacer la totalidad de los requisitos de la Tabla 17.2.1.1. En Ejemplo 8, la verificación por tracción está en la página 3/19 y la de corte en la 11/19, situación que se corrigió en el Ejemplo 19, donde estas verificaciones están en la misma página (página 3/10). Igual previsión se tomó en los Ejemplo 16Ejemplo 17 y Ejemplo 18, donde las verificaciones por tracción y por adhrencia también están en una misma página.

  • Ejemplo 5 Mec.preins T centrada. Grupo de anclajes mecánicos preinstalados solicitados por tracción centrada. La longitud de empotramiento hef se ve afectada por la soldadura a la plancha de acero. Compárese con Ejemplo 16, anclajes adheridos postinstalados con el mismo número de anclajes, espaciamiento y profundidad de colocación. El Ejemplo 16 está determinado por la modalidad de falla por adherencia con aproximadamente la mitad de la capacidad. También son diferentes los detalles de fijación de la plancha de acero al concreto.

  • Ejemplo 6 Mec.preins.V y M. Grupo de anclajes mecánico preinstalados solicitados por corte y momento introducidos por una viga, caso similar al de la fotografía 1a). En este ejemplo se clarifica la variable ha de la Figura R17.5.2.1b, así como también que no todos los pernos soportan la cargas. Se introduce un factor de reducción de la longitud de empotramiento, hef, por la soldadura de los anclajes a la plancha de acero. Véase el 2234 Ejemplo 18, diferencias en el detalle de fijación de la plancha al concreto, y por traarse de un sistema de anclajes adheridos, las solicitaciones son la mitad de la de los anclajes mecánicos como la de este Ejemplo 6.

  • Ejemplo 7 Mec.preins T excéntrica. Grupo de anclajes mecánicos preinstalados solicitados por tracción excéntricas respecto a los dos ejes de simetría. Como en el ejemplo no se suministra información sobre la determinación de la posición del eje neutro, en Ayudas para el proyecto, se entregan procedimientos en la Carpeta Posición del eje neutro. Este ejemplo muestra el rol del acero de refuerzo suplementario para incrementarla capacidad de la conexión. Comparar con el Ejemplo 17, anclajes adhesivos postinstalados que se proyectan con la mitad de las solicitaciones de este Ejemplo confirma que los anclajes mecánicos preinstalados resisten aproximadamente el doble que los anclajes de adherencia química postinstalados. 

  • Ejemplo 8 Mec.preins. Pedestal. Anclajes mecánicos preinstalados en el pedestal de una fundación directa, solicitados simultáneamente por corte y tracción. Anclaje con pernos de doble tuerca. Para detallado del acero de refuerzo se recomienda la metodología del modelo puntal y tensor del Capítulo 23 del ACI 318. En las notas del ejemplo se muestra la verificación de la capacidad del pedestal por aplastamiento. Por este motivo se incorpora al final del ejemplo como una nota. En la verificación por corte se consideran dos casos según sea el número de anclajes que resisten la fuerza cortante. Compárese con el Ejemplo 19, que confirma la falla por cabeceo de los anclajes (pryout). Nuevamente se observa que la resistencia de los anclajes adheridos postinstalados es aproximadamente la mitad de los anclajes mecánicos preinstalados. En el detallado del acero de refuerzo en el pedestal para mejorar la resistencia y comportamiento de los anclajes, se insiste en el confinamiento del concreto, tal como se trató en el Cuaderno No. 27 Repaso de Concreto III: Análisis, diseño y detallado de miembros solicitados por momentos y fuerzas axiales simultáneamente.

  • Diseño del acero de refuerzo para anclajes. Lo laborioso del cálculo y detallado del acero de refuerzo para los anclajes en pedestales del Ejemplo 8, llevó a incluir como ejemplo no numerado el Diseño del acero de refuerzo para anclajes en pedestales de concreto, cuyo objetivo era suplir las carencias del Apéndice D del ACI 318-05, y en el cual se proponía el uso del Modelo de puntal y tensor (Strut-and-tie) que se puede ver Design of anchor reinforcement in concrete pedestal. Se propone al interesado, rehacer este ejemplo con las disposiciones de los Capítulo 17 y 23 del ACI 318-14

  • Anclajes para torre de transmisión. Anclajes mecánicos preinstalados que actúan en grupo. Ejemplo de una torre de transmisión eléctrica.

ANCLAJES POSTINSTALADOS

a) Anclajes mecánicos individuales postinstalados

b) Anclajes adheridos individuales postinstalados

  • Ejemplo 12 Adh.postTracción. Anclaje adhesivo individual postinstalado en tracción. Se incluye el efecto de la temperatura en el tiempo sobre los anclajes. Al igual que el Ejemplo 9, más orientado al diseño que a la revisión. Compárese con el Ejemplo 13 para apreciar lo conveniente de contar siempre con la información del fabricante, avalada experimentalmente en laboratorios independientes. 

  • Ejemplo 13 Adh.post.Tracción. Anclaje adhesivo individual postinstalados en tracción. Es el Ejemplo 12 calculado con los datos del fabricante. Cuando no se disponga de los satos del fabricante, la información del Capítulo 17 es útil en el prediseño, puesto que tanto para el proyecto definitivo como para la instalación de los anclajes debe contarse con el informe suministrado por el fabricante provenientes de la certificación de sus productos como se especifica en la Subsección 17.2.3.3. Comparar con Ejemplo 1 y Ejemplo 9 referentes también al soporte de tuberías colgadas.

  • Ejemplo 14 Ad.post.Corte. Anclajes adhesivos individuales preinstalados solicitados por corte. Ver Ejemplo 2.

  • Ejemplo 15 Ad.post.Corte y tracción. Anclaje adhesivos individual preinstalados solicitados por corte y tracción simultáneos. Se insiste en la diferencia de resultados según se utilicen valores normativos (ya comentado en el Ejemplo 13), y los experimentales suministrados mediante un Certificado por el fabricante.

A continuación se comparan cuatro tipos de anclajes con las mismas solicitaciones, profundidad de empotramiento, hef, y distancias a los bordes, ca. La celda de color identifica la modalidad de falla que controla cada sistema particular de anclajes. Invitamos al lector a completar las celdas, con los valores de las correspondientes resistencias obtenidas, y otras variables que a su juicio pueden servir para mejorar sus propias conclusiones. 

Tabla 12. Comparación de sistemas de anclajes con fines de proyectos

Solicitación predominante

Sistema de anclaje

Resistencia anclaje (steel)

Resistencia concreto (breakout)

Resistencia adherencia (pullout)

Resistencia cabeceo (pryout)

Tracción

Preinstalados, anclajes con cabeza, Ejemplo 3

 

X

 

No aplica

Preinstalados anclaje con gancho, Ejemplo 4

 

 

 

Postinstalados expansivos, Ejemplo 11

 

X

 

Postintalados adhesivos, Ejemplo 15

 

X

 

Corte

Preinstalados, anclajes con cabeza, Ejemplo 3

 

X

 

 

Preinstalados anclaje con gancho, Ejemplo 4

 

X

 

 

Postinstalados expansivos, Ejemplo 11

 

X

 

 

Postintalados adhesivos, Ejemplo 15

 

X

 

 

Nota. La X indica la modalidad de falla que controla el proyecto. Se recomienda al interesado, completarla con los valores numéricos.

c) Anclajes adhesivos en grupo postinstalados

  • Ejemplo 16 Adh. Post T centrada. Anclaje adhesivo postinstalados solicitados por tracción centrada. Comparar con el Ejemplo 5. Aprecie las diferencias en el detallado de la plancha de acero que se empotra en el concreto.

  • Ejemplo 17 Adh. Post., T excéntrica. Anclajes adhesivos postinstalados por tracción excéntrica. La geometría es la misma del Ejemplo 7, pero con diferencias en el detallado de la plancha de acero empotradas, y que por usarse anclajes químicamente adheridos, la fuerza excéntrica aplicada es la mitad de la del Ejemplo 7. Se incrementa la resistencia por adherencia en un 6% para concretos mayores de Fc = 325 kgf/cm2 según el Certificado del fabricante.

  • Ejemplo 18 Adh. Post Tracción y Corte. Anclajes adhesivos postinstalados solicitados por tracción y corte. Similar al Ejemplo 6. Pero con solicitaciones de corte y momentos que son la mitad de las usadas en aquel. También es el detalle de la plancha de acero que se empotra es diferente.

  • Ejemplo 19 Adh.post.Pedestal. Anclajes adhesivos postinstalados en un pedestal de concreto, solicitados por corte y tracción simultáneamente. La geometría utilizada es la misma del Ejemplo 8 pero las solicitaciones son diferentes e inferiores aquel. Es un ejemplo mas orientado a la verificación del sistema de anclajes pues se mantiene la incertidumbre sobre el acero de refuerzo del pedestal.

  • Anclajes adhesivos en vigas de concreto. Motivamos por el Ejemplo 19, se ha incluido este caso real de anclajes adhesivos postinstalados en vigas de concreto de una estructura existentes. Por inspección visual y las dimensiones de las vigas, no hay dudas de que existe un acero de refuerzo longitudinal y transversal competente. El ejemplo se orienta mas a demostrar la idoneidad de los anclajes químicamente adheridos para empotrar una torre de telecomunicaciones de 25 m de altura.

  • Reemplazo anclajes adhesivos. Un caso que puede presentarse es el de la sustitución de unos anclajes químicamente adhesivos por otros similares.

Tabla 13. Ejemplos según el tipo de aplicación

Aplicación

Sistema de anclajes

Ejemplo

Soporte de tubería colgada (Sólo tracción)

 

 

 

 

 

 

 

 

Comportamiento

Individual

 

Mecánico

Preinstalado
Postinstalado

Tracción
Tracción

Adhesivo

Datos Normativos
Datos Fabricante

Tracción
Tracción

Soporte de estructura (Solo corte).

 

Mecánico

Preinstalado
Postinstalado

Corte
Corte

Adhesivo

 

Sin ejemplo 

 

Soporte de estructura (Corte y tracción simultáneos).

 

 

Mecánico

 

Preinstalado

Corte y tracción en perno con cabeza
Idem. con anclaje en L

 

Postinstalado

 

Corte y tracción

Adhesivo

Corte y tracción

 

Plancha empotrada en un miembro vertical

 

Comportamiento en grupo

 

Mecánico

Preinstalado

Tracción centrada
Tracción excéntrica
Tracción y momento1

Adhesivo

Postinstalado

Tracción centrada
Tracción excéntrica
Tracción y momento

Plancha base de columna en un pedestal de concreto

Mecánico

Preinstalado

Tracción y corte

Adhesivo

Postinstalado

Tracción y Corte

Plancha base y anclaje de una torre de telecomunicaciones

Comportamiento individual

Mecánico

Preinstalado

Ver 

Anclaje de una torre a una viga de concreto

Comportamiento individual

Adhesivo

Postinstalado

Ver 

Anclaje de una torre de transmisión eléctrica

Comportamiento en grupo

Mecánico

Preinstalado

Ver 

Reemplazo de anclajes adheridos

Comportamiento individual

Adhesivo

Postinstalado

Ver 

Nota. Ejemplo 6 ilustra el soporte de una viga que transmite momento y corte a la conexión con anclajes, análogo a la Figura 1a)

Los ejemplos numerados se han adaptado, actualizado y comentados de la publicación ACI 318-11 SP-17(11)2, entre paréntesis: Ejemplo 1 (2); Ejemplo 2 (5); Ejemplo 3 (8); Ejemplo 4 (9); Ejemplo 5 (2); Ejemplo 6 (14); Ejemplo7 (16); Ejemplo 8 (18); Ejemplo 9 (3); Ejemplo 10 (6); Ejemplo 11 (10); Ejemplo 12 (4a); Ejemplo 13 (4b); Ejemplo 14 (7); Ejemplo 15 (11); Ejemplo 16 (13); Ejemplo 17 (17); Ejemplo 18 (15); Ejemplo 19 (19). Como nota de Ejemplo 8 Mec.preins.Pedestal, se aborda(1).

Aunque ya no se aplica el Apéndice D según ACI 318-02, el Capítulo 34, contiene ejemplos numéricos para revisar y actualizar con ACI 318-14.

Tabla 14. Ejemplos según el sistema de anclajes

Sistema

Actuación de anclajes

Solicitaciones

Ejemplo ilustrativo

Preinstalado (mecánico)

Individual

Tracción

soporte tubería

Corte

soporte estructura liviana

Corte y tracción

anclaje expansivo
anclaje en L
plancha base torre telecomunicaciones

En grupo

Tracción

T centrada
T excéntrica

Corte y momento

apoyo de viga
pedestal

Postinstalados (mecánicos y químicamente adheridos)

Individual; Anclajes mecánicos

Tracción
Corte
Corte y tracción

soporte tubería
soporte estructura
apoyo techo

Individual; Anclajes químicamente adheridos

Tracción
Corte
Corte y tracción

datos normativos
datos fabricante
datos fabricante
soporte techo
torre telecomunicación
torre de tendido eléctrico
reemplazo de anclajes adheridos

En grupo; Anclajes químicamente adheridos

Tracción
Centrada
Tracción excéntrica
Corte y momento

plancha empotrada verticalmente
plancha empotrada verticalmente
apoyo de viga
pedestal
anclajes adheridos postinstalados en viga de concreto

 

Comentarios

Estoy buscando informacion de la mejor forma de anclar una estructura de acero (para un techo la terraza) a una de concreto armado. Gracias me sera de utilidad la informacion

Muy agradecido por la publicación. En efecto una referencia a la solución de este tipo de diseños. Dios les bendiga.

Cordial Saludo: Me gustaría saber, por normatividad y la razón física en lo referente a los requerimientos de la medida de apriete que se debe inducir a las tuercas de la conexión platina base columna a pedestal de cimentación ( en concreto reforzado con anclajes preinstlados de varilla roscada de alta resistencia). Y en general que normatividad de forma clara debo seguir respecto a la medida de apriete o (torque) para conexiones de estructura metálica y/o mixta. Todo esto por que veo muchas discrepancias respecto a este tema que me parece fundamental, incluso en terminos economicos, pues un torquimetro cuesta alrededor de 4000 dolares en adelante para apretar y medir ciertos diámetros de tuercas.

cordial saludo: me gustaría saber si hay alguna marca o o fabricante de anclas pre instaladas tipo "J" (c) o si se tienen que fabricar cuales son las especificaciones de fabricación y el tipo de acero a utilizar y se les aplica algún tratamiento térmico o si conoce alguna referencia a cual acudir para su fabricación. Excelente articulo, gracias

Añadir nuevo comentario

CAPTCHA
Esta pregunta es para comprobar si usted es un visitante humano y prevenir envíos de spam automatizado.