Los pernos de anclaje se utilizan para conectar elementos estructurales y no estructurales al hormigón . [2] La conexión se puede realizar mediante una variedad de componentes diferentes: pernos de anclaje (también llamados sujetadores), placas de acero o refuerzos. Los pernos de anclaje transfieren diferentes tipos de carga: fuerzas de tensión y fuerzas de corte . [3]
Una conexión entre elementos estructurales puede representarse mediante columnas de acero unidas a una base de hormigón armado . [4] Un caso común de un elemento no estructural adosado a uno estructural es la conexión entre un sistema de fachada y un muro de hormigón armado . [5]
La forma más simple (y resistente) de perno de anclaje es la de fundición in situ, con su extremo incrustado que consta de un perno de cabeza hexagonal estándar y una arandela, con un codo de 90 grados o algún tipo de brida forjada o soldada (consulte también soldadura de pernos ). Estos últimos se utilizan en estructuras mixtas de hormigón y acero como conectores de cortante. [6] Otros usos incluyen el anclaje de máquinas a pisos de concreto vertido [7] y edificios a sus cimientos de concreto. Se producen varios elementos auxiliares típicamente desechables, principalmente de plástico, para asegurar y alinear los anclajes moldeados in situ antes de la colocación del hormigón. Además, su posición también debe coordinarse con la disposición del refuerzo . [3] Se pueden distinguir diferentes tipos de anclajes colados in situ: [3]
Para todos los tipos de anclajes colados in situ, el mecanismo de transferencia de carga es el enclavamiento mecánico, [3] es decir, la parte incrustada de los anclajes en el hormigón se transfiere y la carga aplicada (axial o de corte) a través de la presión del soporte en el zona de contacto. En condiciones de falla, el nivel de presión de apoyo puede ser superior a 10 veces la resistencia a la compresión del hormigón , si se transfiere una fuerza de tensión pura. [3] Los anclajes de tipo moldeado in situ también se utilizan en aplicaciones de mampostería, colocados en juntas de mortero húmedo durante la colocación de ladrillos y bloques fundidos ( CMU ).
Los anclajes postinstalados se pueden instalar en cualquier posición del hormigón endurecido después de una operación de perforación. [3] Se hace una distinción según su principio de funcionamiento.
El mecanismo de transferencia de fuerza se basa en un bloqueo mecánico de fricción garantizado por fuerzas de expansión. Se pueden dividir en dos categorías: [3]
El mecanismo de transferencia de fuerza se basa en un bloqueo mecánico. Una operación de perforación especial permite crear una superficie de contacto entre la cabeza del anclaje y la pared del agujero donde se intercambian las tensiones de apoyo.
Los anclajes adheridos también se denominan anclajes adhesivos [9] o anclajes químicos . El material de anclaje es un adhesivo (también llamado mortero ) [3] compuesto habitualmente por resinas epoxi , poliéster o viniléster . [1]
En los anclajes adheridos, el mecanismo de transferencia de fuerza se basa en las tensiones de unión proporcionadas por los materiales orgánicos aglutinantes. Se pueden utilizar tanto barras nervadas como varillas roscadas y se puede apreciar experimentalmente un cambio en el mecanismo de unión local. En las barras nervadas la resistencia se debe predominantemente al comportamiento de corte del hormigón entre las nervaduras, mientras que en las varillas roscadas prevalece la fricción (ver también anclaje en hormigón armado ). [10]
El rendimiento de este tipo de anclaje en términos de "capacidad de carga", especialmente bajo cargas de tensión, está estrictamente relacionado con las condiciones de limpieza del agujero. Los resultados experimentales [3] mostraron que la reducción de la capacidad es de hasta el 60%. Lo mismo se aplica también para la condición de humedad del concreto, para concreto húmedo la reducción es del 20% utilizando resina de poliéster . Otros problemas están representados por el comportamiento a altas temperaturas [11] y la respuesta a la fluencia . [12]
El mecanismo de transferencia de fuerza del anclaje de tornillo se basa en un intercambio de presión concentrado entre el tornillo y el hormigón a través de los pasos .
Su mecanismo de transferencia de fuerza es similar al de los anclajes de expansión mecánica. Se aplica un momento de torsión a un tornillo que se inserta en un manguito de plástico. A medida que se aplica el torque, el plástico expande el manguito contra los lados del orificio, actuando como fuerza de expansión.
Los tornillos Tapcon son un anclaje popular que significa tornillo autorroscante para hormigón . Los tornillos de mayor diámetro se denominan LDT. Este tipo de sujetador requiere un orificio pretaladrado (usando una broca Tapcon) y luego se atornilla en el orificio usando una broca hexagonal o Phillips estándar . Estos tornillos suelen ser azules, blancos o inoxidables. [13] También están disponibles en versiones para aplicaciones marinas o de alto estrés.
Actúan transfiriendo las fuerzas mediante enclavamiento mecánico. Esta tecnología de fijación se utiliza en uniones de acero con acero, por ejemplo para unir perfiles conformados en frío. Se inserta un tornillo en el material base mediante una pistola de gas accionada por gas. La energía motriz generalmente se obtiene disparando un propulsor combustible en forma de polvo. [14] La inserción del sujetador provoca la deformación plástica del material base que aloja la cabeza del sujetador donde se produce la transferencia de fuerza.
Los anclajes pueden fallar de diferentes maneras cuando se cargan en tensión: [3]
En la verificación del diseño bajo estado límite último , los códigos prescriben verificar todos los posibles mecanismos de falla. [18]
![Falla del acero[1]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e9/Steel_Failure.png/1280px-Steel_Failure.png)
![Falla del cono de concreto[1]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/10/Concrete_Cone_Failure.png/1280px-Concrete_Cone_Failure.png)
![Fallo de extracción[1]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b0/Pull-Out_failure.png/1280px-Pull-Out_failure.png)
![Fallo de extracción[1]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6e/Pull-Through_failure.png/1280px-Pull-Through_failure.png)
![Fallo de explosión[1]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/10/Blow_Out_Failure.png/1280px-Blow_Out_Failure.png)
Los anclajes pueden fallar de diferentes maneras cuando se cargan en corte: [3]
En la verificación del diseño bajo estado límite último , los códigos prescriben verificar todos los posibles mecanismos de falla. [18]
![Falla del borde del concreto[1]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/80/Concrete_Edge_failure.png/1280px-Concrete_Edge_failure.png)
![Fallo al hacer palanca[1]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/28/Pry_Out_Failure.png/1280px-Pry_Out_Failure.png)
Cuando se aplican simultáneamente cargas de tensión y corte a un anclaje, la falla ocurre antes (con una menor capacidad de carga) con respecto al caso no acoplado. En los códigos de diseño actuales se supone un dominio de interacción lineal. [20]
Para aumentar la capacidad de carga, los anclajes se ensamblan en grupo, además esto permite también disponer una conexión resistente al momento de flexión. Para cargas de tensión y corte, el comportamiento mecánico está marcadamente influenciado por (i) el espaciamiento entre los anclajes y (ii) la posible diferencia en las fuerzas aplicadas. [22]
Bajo cargas de servicio (tensión y corte), se debe limitar el desplazamiento del anclaje. El rendimiento del anclaje (capacidad de carga y desplazamientos característicos) bajo diferentes condiciones de carga se evalúa experimentalmente y luego el organismo de evaluación técnica elabora un documento oficial. [23] En la fase de diseño, el desplazamiento que se produce bajo las acciones características no debe ser mayor que el desplazamiento admisible informado en el documento técnico.
Bajo cargas sísmicas y existiría la posibilidad de que un anclaje esté simultáneamente (i) instalado en una fisura y (ii) sometido a cargas de inercia proporcionales tanto a la masa como a la aceleración del elemento adherido ( estructura secundaria ) al material base ( estructura primaria ). [2] Las condiciones de carga en este caso se pueden resumir de la siguiente manera:
Las cargas excepcionales se diferencian de las cargas estáticas ordinarias por su tiempo de subida. En las cargas de impacto intervienen altas tasas de desplazamiento. En cuanto a las conexiones de acero a hormigón, algunos ejemplos consisten en colisiones de vehículos contra barreras conectadas a una base de hormigón y explosiones. Además de estas cargas extraordinarias, las conexiones estructurales están sujetas a acciones sísmicas, que deben ser tratadas rigurosamente mediante un enfoque dinámico. Por ejemplo, la acción sísmica de extracción del ancla puede tener un tiempo de subida de 0,03 segundos. Por el contrario, en una prueba cuasiestática, se pueden asumir 100 segundos como intervalo de tiempo para alcanzar la carga máxima. Respecto al modo de falla de la base de concreto: Las cargas de falla del cono de concreto aumentan con tasas de carga elevadas con respecto a la estática. [25]
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