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Perno de anclaje

Conexión columna-cimentación [1]

Los pernos de anclaje se utilizan para conectar elementos estructurales y no estructurales al hormigón . [2] La conexión puede realizarse mediante una variedad de componentes diferentes: pernos de anclaje (también llamados fijadores), 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 cimentación de hormigón armado . [4] Un caso común de un elemento no estructural unido a uno estructural es la conexión entre un sistema de fachada y un muro de hormigón armado . [5]

Tipos

Tipos de anclajes [1]

Fundido en el lugar

Un perno de anclaje fundido en el lugar

La forma más simple –y más fuerte– de perno de anclaje es el de fundición in situ, con su extremo embutido que consiste en un perno de cabeza hexagonal estándar y una arandela, un codo de 90 grados o algún tipo de brida forjada o soldada (ver también soldadura de pernos ). Estos últimos se utilizan en estructuras compuestas de hormigón y acero como conectores de corte. [6] Otros usos incluyen máquinas de anclaje a pisos de hormigón vertido [7] y edificios a sus cimientos de hormigón. Se producen varios dispositivos auxiliares, generalmente desechables, principalmente de plástico, para asegurar y alinear los anclajes de fundición in situ antes de la colocación del hormigón. Además, su posición también debe coordinarse con el diseño del refuerzo . [3] Se pueden distinguir diferentes tipos de anclajes de fundición in situ: [3]

Para todos los tipos de anclajes colados in situ, los mecanismos de transferencia de carga son el enclavamiento mecánico, [3] es decir, la parte incrustada de los anclajes en el hormigón transfiere la carga aplicada (axial o cortante) a través de la presión de apoyo en la 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 colado in situ también se utilizan en aplicaciones de mampostería, colocados en juntas de mortero húmedo durante la colocación de ladrillos y bloques colados ( CMU ).

Postinstalado

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.

Anclajes de expansión mecánica

Un ancla de cuña

El mecanismo de transmisión de fuerza se basa en el enclavamiento mecánico por fricción garantizado por las fuerzas de expansión. Se pueden dividir en dos categorías: [3]

Anclajes socavados

El mecanismo de transmisión de fuerza se basa en un enclavamiento mecánico. Una operación especial de perforación permite crear una superficie de contacto entre la cabeza del anclaje y la pared del orificio donde se intercambian las tensiones de apoyo.

Anclajes adheridos

Un ancla unida

Los anclajes adheridos también se denominan anclajes adhesivos [9] o anclajes químicos . El material de anclaje es un adhesivo (también llamado mortero ) [3] que generalmente consiste en resinas de epoxi , poliéster o viniléster . [1]

En los anclajes adheridos, el mecanismo de transferencia de fuerza se basa en las tensiones de adherencia proporcionadas por los materiales orgánicos de unión. Se pueden utilizar tanto barras nervadas como varillas roscadas y se puede apreciar experimentalmente un cambio en el mecanismo de adherencia 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 (véase 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 la condición de limpieza del orificio. Los resultados experimentales [3] mostraron que la reducción de la capacidad es de hasta un 60%. Lo mismo se aplica también a la condición de humedad del hormigón, para el hormigón húmedo la reducción es del 20% utilizando resina de poliéster . Otros problemas están representados por el comportamiento a alta temperatura [11] y la respuesta a la fluencia . [12]

Anclajes de tornillo

El mecanismo de transferencia de fuerza del anclaje de tornillo se basa en el intercambio de presión concentrada entre el tornillo y el hormigón a través de los pasos .

Anclajes de plástico

Anclajes de plástico

Su mecanismo de transferencia de fuerza es similar al de los anclajes de expansión mecánicos. Se aplica un momento de torsión a un tornillo que se inserta en un manguito de plástico. A medida que se aplica el momento de torsión, el plástico expande el manguito contra los lados del orificio, lo que actúa como una fuerza de expansión.

Tornillos Tapcon

Los tornillos Tapcon son un tipo de anclaje popular que significa tornillo autorroscante (autoenroscable) para hormigón. Los tornillos de mayor diámetro se conocen como LDT. Este tipo de fijación requiere un orificio previamente perforado (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 de acero inoxidable. [13] También están disponibles en versiones para aplicaciones marinas o de alto estrés.

Anclajes accionados por pólvora

Actúan transfiriendo las fuerzas mediante un enclavamiento mecánico. Esta tecnología de fijación se utiliza en la unión 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 de accionamiento se proporciona normalmente disparando un propulsor inflamable en forma de polvo. [14] La inserción del elemento de fijación provoca la deformación plástica del material base que acoge la cabeza del elemento de fijación donde tiene lugar la transferencia de fuerza.

Comportamiento mecánico

Modos de fallo en tensión

Los anclajes pueden fallar de diferentes maneras cuando se cargan en tensión: [3]

En la verificación del diseño bajo estados límite últimos , los códigos prescriben verificar todos los posibles mecanismos de falla. [18]

Modos de falla en corte

Los anclajes pueden fallar de diferentes maneras cuando se cargan en corte: [3]

En la verificación del diseño bajo estados límite últimos , los códigos prescriben verificar todos los posibles mecanismos de falla. [18]

Combinación de tensión/corte

Cuando se aplican simultáneamente cargas de tensión y de corte a un anclaje, la falla se produce antes (con una capacidad de carga menor) con respecto al caso no acoplado. En los códigos de diseño actuales se supone un dominio de interacción lineal. [20]

Grupo de anclas

Grupo de dos anclajes unidos mediante conos de hormigón superpuestos [21]

Para aumentar la capacidad de carga, los anclajes se ensamblan en grupo, lo que además permite disponer una conexión resistente al momento de flexión. Para cargas de tracción y de corte, el comportamiento mecánico está influenciado notablemente por (i) el espaciamiento entre los anclajes y (ii) la posible diferencia en las fuerzas aplicadas. [22]

Comportamiento de carga del servicio

Bajo cargas de servicio (tensión y corte) el desplazamiento del anclaje debe ser limitado. El desempeño del anclaje (capacidad de carga y desplazamientos característicos) bajo diferentes condiciones de carga se evalúa experimentalmente, luego el organismo de evaluación técnica elabora un documento oficial. [23] En la fase de diseño, el desplazamiento que ocurre bajo las acciones características no debe ser mayor que el desplazamiento admisible informado en el documento técnico.

Comportamiento de carga sísmica

Bajo cargas sísmicas y existiría la posibilidad de que un anclaje sea simultáneamente (i) instalado en una grieta y (ii) sometido a cargas de inercia proporcionales tanto a la masa como a la aceleración del elemento unido ( estructura secundaria ) al material base ( estructura primaria ). [2] Las condiciones de carga en este caso se pueden resumir de la siguiente manera:

Comportamiento de cargas excepcionales

Las cargas excepcionales se diferencian de las cargas estáticas ordinarias por su tiempo de subida. Las cargas de impacto implican altas tasas de desplazamiento. En el caso de las conexiones de acero a hormigón, algunos ejemplos consisten en la colisión de vehículos contra barreras conectadas a la base de hormigón y explosiones. Aparte de estas cargas extraordinarias, las conexiones estructurales están sujetas a acciones sísmicas, que deben tratarse rigurosamente mediante un enfoque dinámico. Por ejemplo, la acción de extracción sísmica sobre el anclaje puede tener un tiempo de subida de 0,03 segundos. Por el contrario, en una prueba cuasiestática, se pueden suponer 100 segundos como intervalo de tiempo para alcanzar la carga máxima. En cuanto al modo de fallo de la base de hormigón: las cargas de fallo del cono de hormigón aumentan con tasas de carga elevadas con respecto a la estática. [25]

Diseños

Véase también

Referencias

  1. ^ abcdefghij Cook, Ronald; Doerr, GT; Klingner, RE (2010). Guía de diseño para conexiones de acero a hormigón . Universidad de Texas en Austin.
  2. ^ ab Hoehler, Matthew S.; Eligehausen, Rolf (2008). "Comportamiento y ensayo de anclajes en grietas sísmicas simuladas". ACI Structural Journal . 105 (3): 348–357. ISSN  0889-3241..
  3. ^ abcdefghijkl Mallèe, Rainer; Eligehausen, Rolf; Silva, John F (2006). Anclajes En Estructuras De Hormigón . Ernst y Shon. ISBN 978-3433011430.
  4. ^ Fisher, James M. (2006). Diseño de placa base y varilla de anclaje .
  5. ^ IStructE (1988). Aspectos del revestimiento . Londres.{{cite book}}: Mantenimiento de CS1: falta la ubicación del editor ( enlace )
  6. ^ Manual estándar de cálculos de ingeniería . McGraw-Hill. 2004.
  7. ^ Bhantia, KG (2008). Fundamentos de máquinas industriales: manual para la práctica de la ingeniería . Nueva Delhi: D-CAD. ISBN 978-81-906032-0-1.
  8. ^ Bachmann, Hubert; Steinle, Alfred (2012). Estructuras Prefabricadas de Hormigón . Berlín: Ernst&Shon. ISBN 978-0-7506-5084-7.
  9. ^ Sasse, HR (1986). Adhesión entre polímeros y hormigón . Springer. ISBN 978-0-412-29050-3.
  10. ^ Reinhardt, Hans-Wolf (1982). Hormigón sometido a cargas de impacto: resistencia a la tracción y adherencia . Delft: Universidad de Delft.
  11. ^ Raouffard, Mohammad Mahdi; Nishiyama, Minehiro (2018). "Idealización de la relación tensión-deslizamiento de la unión a temperaturas elevadas basada en pruebas de extracción". ACI Structural Journal . 115 (2). doi :10.14359/51701120. ISSN  0889-3241.
  12. ^ Nilforoush, Rasoul; Nilsson, Martín; Söderlind, Gunnar; Elfgren, Lennart (2016). "Rendimiento a largo plazo de anclajes adheridos con adhesivo". Revista estructural de ACI . 113 (2): 251–262. doi :10.14359/51688060..
  13. ^ Todo sobre los tornillos Tapcon; sitio web Hágalo usted mismo en línea; consultado en abril de 2019
  14. ^ Beck, Hermann; Siemers, Michael; Reuter, Martin (2011). Elementos de fijación accionados por pólvora y tornillos de fijación en la construcción de acero . Ernst&Shon. ISBN 978-3-433-02955-8.
  15. ^ Eligehausen, Rolf; Sawade, G. (1989). "Una descripción basada en la mecánica de fracturas del comportamiento de extracción de pernos con cabeza embebidos en hormigón". Mecánica de fracturas de estructuras de hormigón : 281–299. doi :10.18419/opus-7930.
  16. ^ Bungey, JH; Millard, SG (1996). Ensayos de hormigón en estructuras . Londres: Blackie Academic & Professional. ISBN 0-203-48783-4.
  17. ^ Stone, William C.; Carino, Nicholas J (1984). "Deformación y falla en pruebas de extracción a gran escala". ACI Structural Journal (80).
  18. ^ ab ACI (2014). ACI 318-14 Requisitos del código de construcción para hormigón estructural . Vol. 22. American Concrete Institute. ISBN 978-0-87031-930-3.JSTOR 3466335  .
  19. ^ Anderson, Neal S; Meinheit, Donald F (2005). "Capacidad de arranque de anclajes con pernos con cabeza fundida". PCI Journal . 50 (2): 90–112. doi :10.15554/pcij.03012005.90.112. ISSN  0887-9672.
  20. ^ ACI (2004). "Guía ACI 349.2 para el método de diseño por capacidad de hormigón (CCD) — Ejemplos de diseño de empotramiento". Concrete (Ccd): 1–77.
  21. ^ Doerr, GT; Klingner, RE (1989). Comportamiento de los anclajes adhesivos y requisitos de espaciado . Universidad de Texas en Austin.
  22. ^ Mahrenholtz, Philipp; Eligehausen, Rolf (2010). Comportamiento de grupos de anclaje instalados en hormigón fisurado bajo acciones sísmicas simuladas (PDF) . Actas de la Conferencia sobre Mecánica de Fracturas de Estructuras de Hormigón (FraMCoS 7). Jeju, Corea del Sur.
  23. ^ "Cómo encontrar una pestaña". EOTA . Archivado desde el original el 2018-06-14 . Consultado el 2018-06-14 .
  24. ^ Fardis, Michael N. (2009). Diseño sísmico, evaluación y reacondicionamiento de edificios de hormigón . Londres: Springer. ISBN 978-1-4020-9841-3.
  25. ^ Solomos, George. Pruebas de anclajes en hormigón bajo carga dinámica . Ispra: Centro Común de Investigación.