Caracteristicas de los anclajes

En el pasado se confiaba la estabilidad y la durabilidad de una estructura a la sabiduría, experiencia y sentido común del maestro de obras ya que no había normativas para la construcción y la edificación. Encontramos referencias a sistemas de fijación de materiales en los libros del ingeniero y arquitecto Vitruvio (siglo I a.C.), en los que describe soluciones prácticas para aplicaciones de anclajes metálicos.

En las ruinas del Coliseo de Roma se observan agujeros para fijaciones con anclajes tipo perno para engarzar piezas de piedra de su estructura. Durante el siglo XX las técnicas de anclajes se han desarrollado con la inserción de varillas metálicas en hormigón.

En 1975, a causa de algunos accidentes, se instauró en Alemania un sistema de homologación de anclajes. En 1997 la Organización Europea para la Idoneidad Técnica (EOTA - European Organisation for Technical Approvals), publicó la 1ª Homologación de Idoneidad Técnica Europea (ATE - European Technical Approvals), para un anclaje mecánico por expansión.

Definición y función de los anclajes estructurales

Anclaje estructural activo es un elemento o conjunto de elementos que, introducidos en un orificio realizado en el soporte, queda fijado como parte del mismo por presiones laterales, cambio de forma o adhesión (José M.a Tamborero ingeniero industrial, NTP-893).

Anclaje estructural es aquel útil que permite la transmisión de esfuerzos de un elemento constructivo posterior a uno ya existente. Rehabilitación, conexión de vigas de refuerzo a una estructura existente de hormigón, para la apertura de huecos en estructuras existentes. Ejemplo: escaleras, ascensores, instalaciones…

Refuerzos estructurales para solucionar cambios de sobrecargas, patologías de distinto origen. Las fachadas cada vez más tecnificadas y afectadas por esfuerzos horizontales de viento o sismo, requieren conexiones fiables a las estructuras principales. En prefabricación, por la dificultad de prever en fábrica la situación exacta de placas para posteriores conexiones de vigas metálicas secundarias o también para apoyos de los forjados.

Tracción. Se absorbe por adherencia directa o lateral por rozamiento. Cortante. Para absorberlo es necesaria la adherencia entre anclaje y material base o bien descomponerlo en compresión y fricción. Compresión.

Diseño, resistencia y normativa

La guía de diseño ETAG 001 distingue en el Anexo C tres métodos de diseño diferentes: A, B y C. El diseño según el método A presenta la mayor flexibilidad de los tres métodos, y por tanto, el sistema de anclaje puede ser diseñado con todo su potencial.

La resistencia característica de un sistema de anclajes depende de la dirección de la carga y de todos los modos de rotura posibles. Para realizar los cálculos de los anclajes se utiliza el método CC (Concrete Capacity).

Anclaje estructural pasivo o embebido, es aquel que se incorpora al soporte en el momento de su conformación. Anclaje estructural activo o a posteriori, es un elemento o conjunto de elementos que, introducidos en un orificio realizado en el soporte, queda fijado como parte del mismo por adherencia (ej.: anclaje químico), por presiones laterales (ej.: anclaje mecánico de expansión) o como consecuencia de su forma (ej.: anclaje mecánico por socavado).

Los anclajes estructurales, a diferencia de otros elementos utilizados en la construcción, no tiene una denominación común entre todos los suministradores. Por lo tanto, para anclajes de iguales o similares características tenemos nombres completamente diferentes. La unificación de Europa implica que las homologaciones y las normas nacionales de los productos tienden a ser sustituidas por disposiciones europeas.

Según la Directiva Europea de Productos de Construcción, los productos de construcción como las fijaciones pueden ser comercializados en toda Europa si se certifica que el producto se ajusta a la Directiva Europea de Productos de Construcción. Para que un producto no normalizado como los anclajes pueda conseguir la marca CE, la única vía posible pasa por la obtención del Documento de Idoneidad Técnica Europeo (DITE = ETA: European Technical Approval). Para obtener un DITE hace falta que la correspondiente Guía DITE esté aprobada por la EOTA.

Hoy en día ya están aprobadas todas las partes de la Guía correspondiente a los anclajes metálicos y químicos en hormigón. Es por ello que la mayoría de los anclajes de los catálogos comerciales tienen ya un DITE y una marca CE.

Material base y condiciones de trabajo

El hormigón armado es el material base de las estructuras de edificios modernos. El hormigón es una roca sintética resultado del fraguado y curado de la mezcla de cemento, áridos y agua. El hormigón tiene una resistencia a compresión alta, pero su resistencia a tracción es baja.

El hormigón armado se fisura en la zona traccionada para que las armaduras de acero corrugado trabajen. Para escoger, diseñar y calcular una conexión por anclajes se debe conocer si la zona donde se aplicará el anclaje está sometida a esfuerzos de tracción (hormigón fisurado) o compresión (hormigón no fisurado).

Los hormigones pretensados y postensados se proyectan para conseguir que las fibras inferiores estén comprimidas. En estos casos no es necesario tener en cuenta las precauciones de trabajo que son imprescindibles en hormigón traccionado.

La modificación en la estructura interna del hormigón producida por una fisura, reduce la capacidad portante de los sistemas de anclajes. Hasta este momento solo hemos tratado cargas estáticas (permanentes y variables). Para cargas dinámicas cíclicas (fatiga, sismo, impacto…) se debe tener en cuenta que las fisuras se propagan dentro del hormigón armado después de la colocación del anclaje.

La distancia al borde es aquella distancia entre el eje del anclaje estructural al borde del material de soporte más próximo. La distancia entre anclajes debe ser menor o igual a tres veces la profundidad efectiva del anclaje. La distancia de un anclaje al borde del soporte debe ser mayor o igual que 1,5 veces la profundidad efectiva del anclaje.

Según los resultados experimentales, el cono de rotura del hormigón forma un ángulo aproximado de 35° con la superficie del hormigón. Si el espaciado de las fijaciones es menor que esta cantidad, los conos de hormigón de las fijaciones próximas pueden cruzarse y la carga de rotura del grupo es menor que la cantidad máxima posible obtenida por la suma de los conos de rotura individuales.

La profundidad de anclaje (hef) es la longitud de anclaje suficiente para que las reacciones inducidas por la carga del anclaje, a las paredes laterales del taladro, no superen las tensiones máximas admisibles del material base.

Tipos de anclaje y transmisión de cargas

Anclaje químico por adherencia: la superficie de transmisión de cargas de este anclaje se reparte en toda su longitud por la resina inyectada en el taladro. Por esta razón la presión sobre el material base se diluye en toda la profundidad de anclaje.

Anclaje mecánico por expansión: la superficie de transmisión de cargas es la del útil de expansión que se abre para conseguir el rozamiento o fricción necesaria para que el anclaje soporte la carga para la que se ha proyectado el anclaje. Las tensiones sobre el material base se distribuyen en la longitud del útil de expansión.

Anclaje mecánico por forma: la superficie de transmisión de cargas se concentra en el cambio de forma del anclaje que se introduce por socavado o excavado.

Rotura por extracción-deslizamiento del anclaje («Pull out»), por falta de adherencia entre anclaje y material base. El arrancamiento del anclaje se produce cuando la resistencia generada por la fricción entre el anclaje y las paredes del agujero es inferior a la carga de tracción.

Rotura del cono de hormigón del anclaje, por falla del material base. Se produce al aplicar fuerzas de tracción centradas en el anclaje en soportes de poca resistencia. Rotura del acero del anclaje en la dirección axial, al superar la capacidad de carga del anclaje. Esta rotura se produce cuando la profundidad de anclaje es grande y el hormigón es de alta resistencia.

Rotura por agrietamiento («Splitting»), por fisuración del material base. Se produce cuando el soporte es esbelto o estamos en hormigón fisurado. Rotura del hormigón en el borde de la losa, al no tener una envolvente mínima de material base. Esta rotura se produce cuando un anclaje está cerca del borde y recibe una carga en la dirección del borde.

Rotura por efecto de palanca del hormigón («Pry out»). Este modo de fallo se produce en las fijaciones que tienen una profundidad de empotramiento reducida. Rotura del acero del anclaje por cizalladura del acero. La rotura del acero se produce con carga cortante en los anclajes alejados de los bordes.

Las cargas combinadas de tracción + cortante se producen cuando la dirección de la carga respecto al material base de soporte es oblicua. Agujeros taladrados incorrectamente, debido a que las armaduras del hormigón base dificultan la perforación del agujero. Apriete sin utilizar llave dinamométrica.

Anclajes químicos y mecánicos

Anclajes químicos son los sistemas formados por dos elementos: pieza metálica y adhesivo (resina). Lo precedente hace que estos anclajes sean ideales para distancias al borde y/o entre ejes reducidos y el uso de hormigón de calidad desconocida o de baja resistencia a la compresión.

Existen muchos tipos de resinas (epoxy, vinil éster…) para los anclajes químicos para distintas aplicaciones y magnitud de cargas. Independientemente del tipo de resina, se presentan en cartucho o en botella.

El orificio practicado en el material base se rellena de una sustancia química fluida, se introduce una varilla de anclaje y al solidificarse el fluido químico se adhiere a las paredes del taladro, impidiendo el movimiento del anclaje. Es difícil usarlo en soportes invertidos como techos.

El anclaje introducido en el orificio del material base se expande por acciones mecánicas ejerciendo presiones laterales que lo fijan al soporte por rozamiento o fricción. Estas tensiones en el soporte implican mayor distanciamiento entre anclajes y entre anclajes y borde del soporte.

El cálculo de anclajes, cuando existen esfuerzos de características específicas, no se trata en este artículo.

Para realizar los cálculos de los anclajes se utiliza el método CC (Concrete Capacity). Este método CC es el simplificado del método A del anexo C de la ETAG. En el método CC, cálculo mediante factores parciales de seguridad, la acción aplicada se compara con la resistencia del anclaje.

La resistencia de un anclaje es la carga que puede ser soportada por el material base. Esta resistencia depende del tipo de sistema de anclaje, químico o mecánico y del material base.

En este tema estudiaremos los anclajes químicos porque son los que utilizamos en el refuerzo de placas alveolares para abrir un hueco en el edificio de Porta Rubí.

Siguiendo el esquema indicado en la figura 29, el valor de la resistencia final de cálculo a tracción NRd será el mínimo calculado para cada uno de los diferentes modos de fallo NRd,p, NRd,c, NRd,s.

El valor de la tensión característica de adherencia τRk, depende de la resistencia del hormigón estructural existente y de la resina que se colocará en el anclaje químico. Para aplicaciones en hormigones fisurados τRk = τRk,cr y en hormigones no fisurados τRk = τRk,ucr.

γ1 = coeficiente parcial de seguridad teniendo en cuenta la dispersión de los valores de resistencia a tracción en obra. γ1 = 1 para un hormigón fabricado y tratado tomando las precauciones normales (Eurocódigo 2, cap.

Siguiendo el esquema indicado en la figura 30, el valor de la resistencia final de cálculo a cortante VRd será el mínimo calculado para cada uno de los diferentes modos de fallo VRd,c, VRd,cp, VRd,s.

γ2 = coeficiente parcial de seguridad teniendo en cuenta la seguridad de puesta en obra de un sistema de fijación. Para un anclaje aislado influido por un solo borde.

Aplicaciones, homologación y selección práctica

Cuando se trata de fijar sobre hormigón, elegir el tipo de anclaje adecuado es clave para garantizar una instalación segura, resistente y duradera. En CELO te ofrecemos una gama completa de anclajes diseñados para adaptarse a todo tipo de aplicaciones sobre hormigón.

Como ves, no existe un “mejor anclaje universal” para hormigón. Todo dependerá del tipo de carga, la ubicación, la resistencia del soporte y el tipo de proyecto. Lo importante es elegir un sistema que cumpla con la normativa, esté homologado para su uso previsto, y que facilite una instalación segura y eficiente.

En CELO ponemos a tu disposición soluciones técnicas de fijación diseñadas para adaptarse a las necesidades reales del instalador profesional.

Introducción: La Elección Estructural que Define su FachadaLa decisión sobre qué sistema de anclaje utilizar en una fachada ventilada va mucho más allá del simple soporte.

Anclajes Vistos (Sistema de Grapa)El anclaje visto es el sistema más tradicional y, a menudo, el más económico. Se caracteriza porque los elementos de fijación son visibles desde el exterior de la fachada. Estética: La grapa que sujeta el panel es visible. Se suele utilizar el mismo color que el revestimiento para minimizar el impacto visual. Instalación: Es el sistema más rápido y sencillo de instalar, ya que las grapas se colocan directamente sobre los perfiles del sistema y sujetan el panel por sus bordes. Mantenimiento: El acceso a los paneles individuales es fácil, lo que facilita las tareas de sustitución o mantenimiento.

Anclajes Ocultos (La Solución Estética Superior)Los sistemas de anclaje oculto son la elección predilecta en proyectos de alto nivel arquitectónico, donde la limpieza visual de la fachada es primordial. Como su nombre indica, el sistema de sujeción queda totalmente escondido detrás del revestimiento. Estética: Ofrecen una fachada continua y sin interrupciones, realzando la belleza del material de revestimiento. Instalación: Requieren un mecanizado o ranurado especial en los cantos del panel para insertar las piezas de anclaje. Tipologías más Frecuentes: Anclaje con ranura lateral: Se realizan ranuras en los cantos superiores e inferiores de las piezas. Anclaje con resina de poliester (anclaje químico): Se perfora el lateral de la pieza. Rellenamos con resina y colocamos el bulón entre el orificio del anclaje y el de la pieza.

Recuerde que el anclaje no solo sostiene, sino que soporta las cargas del viento, gestiona la dilatación térmica del material y previene el puente térmico.

Un anclaje no es más que una fijación a una estructura soporte. Los anclajes EN 795 TIPO B son aquellos anclajes móviles y transportables, que no tienen carácter permanente y su fijación no es mediante un anclaje estructural. Los sistemas de anclaje EN 795 TIPO C son sistemas de línea de vida horizontal flexible. La norma de aplicación es la UNE EN795.

Equipos de protección individual contra caídas. Aquellos que el usuario utiliza de forma temporal, normalmente instalándose para tareas de corta duración, que se consideran de uso personal y que en Europa están catalogados como EPI, por lo tanto, deben tener la certificación CE, según la clasificación de la norma EN795.

La información suministrada por el fabricante debe proporcionarse en las lenguas del país de destino. Además, es conveniente un reportaje fotográfico, especialmente en los casos en los que las fijaciones no van a quedar visibles para siguientes revisiones. Aplicando esta filosofía se recomienda que los anclajes deben ser revisaos por personal cualificado a intervalos máximos de tiempo de 12 meses.

Se debe tener en cuenta que, en ocasiones, sólo empresas autorizadas y acreditadas por el fabricante, tienen acceso a los recambios originales, así como las herramientas especiales y necesarias para realizar las comprobaciones y posibles reparaciones. En ocasiones los sistemas tienen muchas características únicas y el fabricante indica que únicamente instaladores autorizados que han sido formados y certificados por él pueden inspeccionar o manipular dichos sistemas.

Un perno de anclaje es un sujetador estructural diseñado para transferir cargas mecánicas desde una estructura hacia un sustrato sólido -como hormigón, mampostería o acero- ya sea embebido durante el vaciado o instalado en perforaciones postconstrucción.

Cuando se aplica una carga sobre la estructura fijada, el perno activa su mecanismo de retención según su tipo. En anclajes expansivos, el cono metálico comprime el manguito hacia las paredes de la perforación generando fricción radial. En anclajes químicos, la resina polimerizada crea un enlace molecular continuo entre el vástago y el sustrato.

El acero inoxidable AISI 304 alcanza una resistencia mínima a la tracción de 515 MPa y un límite de fluencia de 205 MPa según la norma ASTM F593, valores que lo posicionan como uno de los materiales más confiables para fijaciones estructurales en ambientes exigentes. Además de su desempeño mecánico, el AISI 304 incorpora un tratamiento de pasivado superficial que refuerza la capa de óxido de cromo natural del acero, incrementando sustancialmente la resistencia a la oxidación en ambientes con humedad relativa superior al 80%.

La rosca UNC (Unified National Coarse) se rige por la norma ASME B1.1, que define el paso estándar en función del diámetro nominal expresado en pulgadas.

En proyectos de construcción industrial chilena, el incumplimiento de las distancias mínimas al borde del sustrato es responsable de una proporción significativa de fallas prematuras en sistemas de anclaje. La norma NCh 2369, referida al diseño sísmico de estructuras industriales, constituye el instrumento técnico central para proyectos que involucran anclajes en Chile.

La verificación de carga admisible debe realizarse antes de la puesta en servicio de cualquier estructura anclada. La elección incorrecta del sistema de anclaje puede reducir la capacidad de carga admisible hasta en un 60% respecto al valor de diseño, comprometiendo la integridad estructural desde el primer ciclo de servicio.

El anclaje químico supera al mecánico en cargas de arranque en hormigón fisurado, alcanzando valores de hasta 120 kN en diámetros M16, frente a 80 kN del expansivo equivalente.

Según la NCh433 y los criterios del ACI 318, la profundidad efectiva mínima de empotramiento para anclajes postinstalados en zonas sísmicas corresponde a 8 veces el diámetro nominal del perno.

A 20 °C el tiempo de curado estándar oscila entre 20 y 45 minutos. Por debajo de 5 °C puede extenderse hasta 24 horas, mientras que sobre 35 °C se reduce a menos de 10 minutos.

La selección correcta del tipo de perno de anclaje -mecánico, químico o embutido- determina directamente la seguridad estructural y la vida útil de la fijación en función del sustrato, las cargas de diseño y la categoría de corrosividad del entorno.

¿Qué tipos de anclajes estructurales podemos encontrarnos a la hora de llevar a cabo una instalación? Es muy importante que sean anclajes estructurales homologados y que hayan sido instalados de forma correcta siguiendo las disposiciones que marca el fabricante. Sólo de este modo se garantiza la fiabilidad de los mismos respecto al trabajo seguro que realizan los usuarios.

¿QUÉ NORMAS REGULAN LOS ANCLAJES ESTRUCTURALES? Directiva europea de productos de la construcción 89/106/CEE (DPC): entiende que un anclaje estructural tiene un fin permanente en una obra y cuyo objetivo es el de servir de base de la fijación para un dispositivo de anclaje. EOTA (European Organisation for Technical Aprovals): son las normas por las que se rigen los anclajes estructurales. DITE (Documento de Idoneidad Técnica Europeo): establece la correcta instalación, en que campos son específicos para su instalación y las especificaciones y requisitos de calidad.

En resumen, hemos visto que Directiva los regula y los define, el organismo europeo que los certifica y el certificado que nos debe guiar a la hora de una correcta selección y elección del tipo de anclaje estructural.

¿QUÉ SON LOS ANCLAJES ESTRUCTURALES Y QUÉ TIPOS EXISTEN? En una definición global y menos concreta, podemos hacer una distinción general de los tipos de anclajes estructurales en: Activos: es todo aquel anclaje que para que ejerza su trabajo debe ser introducido en un orificio previamente realizado conforme a las exigencias y características que marca el anclaje y el fabricante. Este anclaje actúa de soporte del dispositivo de anclaje. El trabajo de este anclaje se ejerce en las paredes del orificio mediante una presión lateral. Por ejemplo: Un anclaje mecánico de expansión. Pasivos: calificamos como tal, aquel dispositivo de anclaje que se incorpora al soporte en el momento de su conformación. Por ejemplo: Un anclaje de espera en zapata de hormigón.

Mediante este artículo, nos ocuparemos en la parte de los anclajes estructurales activos. En el mercado nos encontramos una amplia gama de anclajes estructurales que nos permiten adaptarnos a las circunstancias de la instalación conforme a los materiales en los que vamos a realizar la instalación y posterior montaje.

El paramento más común y el mas idóneo es el hormigón. Pero ojo, no todos los hormigones pueden llegar a ser adecuados para poder realizar un anclaje. Es muy importante conocer su estado (dureza y resistencia) y saber si la zona en la que se va a realizar los anclajes estructurales, va a poder soportar esfuerzos tanto en cortadura como en extracción.

En caso de que sean bloques nuevos o mampostería, es preciso descartar el anclaje mecánico y decantarse directamente por un anclaje químico, pero siempre con tamiz.

Siempre que podamos y tengamos los recursos necesarios, lo ideal sería la realización una serie de ensayos de cargas, con el fin de cerciorarnos de la resistencia de cargas a extracción y tener plena seguridad de que los anclajes estructurales que vamos a realizar son seguros.

¿QUÉ ES LA CARGA GENERADA? Las cargas que se generan en los anclajes estructurales pueden ser de dos tipos: a cortadura o rayadura y a extracción. Es muy importante saber las cargas mínimas y máximas que puedan soportar cada tipo de anclaje. Debemos tener en cuenta las condiciones de uso que nos marcan los fabricantes, al igual que los modelos, ya que cada anclaje tendrá sus características particulares.

Aunque haya anclajes mecánicos que parezcan iguales, es muy probable que no lo sean. Cada anclaje ha sido ensayado y certificado tanto para diferentes condiciones (temperatura, humedad, interior, exterior, corrosiones ...) así como para cada tipo de material sobre el que instalarlo (hormigón, mampostería, piedra, roca ...).

También debe tenerse en cuenta el número de usuarios que vayan a utilizar el anclaje. Esto marcará la elección del mismo, sin olvidar la capacidad de soportar las cargas que pueda generar una posible caída del usuario.

La capacidad de carga puede variar también conforme al cambio de temperaturas o condiciones climatológicas. Es por ello, que los materiales en los que se fabrican los anclajes estructurales deben ser capaces de resistir estas condiciones o cambios bruscos de temperatura. Que un anclaje pueda ser capaz de soportar los cambios atmosféricos, puede dar lugar o no a la formación de oxido o corrosión.

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