1. Ingeniería

Tecnología de anclaje
de instalación posterior
Sistemas de anclaje de instalación posterior
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
CONTENIDOS DE LA SECCIÓN
Los anclajes de instalación posterior se usan desde principios del siglo XX para asegurar los componentes de
los edificios. En esa época, los orificios para los anclajes se efectuaban con una agujereadora de tipo estrella
y un martillo. Los anclajes eran tapones de madera o plomo que se tallaban o moldeaban hasta el tamaño
adecuado y luego se introducían en la perforación. Cuando se insertaba un tornillo o un clavo en el tapón,
este se expandía contra las paredes del orificio. Los anclajes de fabricación comercial se comenzaron a
producir con plomo o materiales de fibra en diversos tamaños para los distintos pernos o tornillos.
A medida que los materiales y las técnicas utilizados en la construcción cambiaron, se desarrollaron nuevos
anclajes para otras aplicaciones. Durante la Segunda Guerra Mundial se desarrollaron los sistemas de fijación
accionados a pólvora para reparar los daños en los barcos. Después de la guerra, el uso de la tecnología de
fijación accionada a pólvora se desarrolló rápidamente y se convirtió en el método estándar de fijación para
muchas aplicaciones livianas en el sector de la construcción. Actualmente existe una amplia variedad de
anclajes y sistemas de fijación, incluidas la fijación por gas y las tecnologías con adhesivos. Si bien la diversidad
brinda al usuario la oportunidad de elegir el mejor producto para una aplicación específica, también hace que
el proceso de selección sea más difícil. Por este motivo, deben tenerse en cuenta las capacidades de carga y
los demás criterios utilizados para determinar el tipo, el tamaño y la cantidad de anclajes o fijaciones que se
utilizarán en cada aplicación. Como en todas las aplicaciones, la capacidad de carga y otros criterios utilizados
para determinar la adecuación de un sistema de anclaje deberán ser revisados y verificados por el profesional
de diseño responsable de la instalación del producto real.
Introducción
Ensamblaje con fijaciones
Materiales de base
Resistencia a la corrosión
Aspectos básicos de las pruebas
y los datos
Cargas aplicadas
Comportamiento de los anclajes
Selección del material
de los anclajes
Criterios de instalación
Recomendaciones para el diseño
A continuación se busca brindar una guía al usuario de esta información sobre los sistemas de anclaje
o fijación más adecuados para cada aplicación.
ENSAMBLAJE CON FIJACIONES
Antes de seleccionar, debe considerar y revisar varios factores para
determinar su efecto sobre la aplicación. En primer lugar, debemos
considerar los componentes principales del ensamblaje con fijaciones.
El siguiente diagrama muestra un ensamblaje con fijaciones típico
que utiliza un anclaje.
Aplicado
Carga
Material de base
Anclaje
Perno/
varilla
Algunos elementos críticos a considerar en la selección de un producto
incluyen los siguientes:
1. El material de base en la que serán instalados el anclaje o la fijación.
2. Las cargas aplicadas por el montaje de sujeción o material a fijar.
3. El material del anclaje o de la fijación y el perno/la varilla roscada.
4. Los procedimientos de instalación, incluidos el método de perforación,
la preparación del agujero, o la herramienta de instalación utilizada.
5. Las dimensiones del material de base, incluidos el grosor, la separación
entre anclajes o fijaciones, y la distancia a los bordes.
6. Los efectos de la corrosión y el entorno de servicio.
Montaje de sujeción
MATERIALES DE BASE
Los materiales de base utilizados en la construcción varían mucho. Si bien las
fijaciones pueden aplicarse a gran cantidad de materiales, el eslabón más débil
en el diseño de los ensambles suele ser el material de base. El material de base
es un factor crítico para la selección de un anclaje o una fijación, ya que debe
ser capaz de sostener las cargas aplicadas. La resistencia del material de base
puede variar ampliamente y es un factor clave para el desempeño de los
anclajes y las fijaciones. Por lo general, los productos instalados en piedra y
concreto denso pueden resistir cargas mucho mayores que aquellos instalados
en materiales más blandos, como concreto liviano, bloques, o ladrillos. Las
cargas medias a pesadas no pueden aplicarse de manera segura a materiales
como el estuco, el mortero, el concreto proyectado, ni el yeso. Antes de
instalar el producto deben curarse completamente los materiales de base.
Las siguientes secciones brindan como referencia un resumen descriptivo sobre
los materiales de base típicos. Consulte las secciones de cada producto para
acceder a los detalles sobre los materiales de base adecuados. Deben
consultarse las normas y los códigos locales, y las jurisdicciones con
autoridad para completar los detalles del diseño.
Concreto
El concreto armado se forma con concreto con una determinada resistencia de
compresión, combinado con acero de refuerzo (barra de refuerzo). La función
del concreto es resistir las fuerzas de compresión mientras que el acero de
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
refuerzo resiste las fuerzas de tracción. Dos de los factores principales son
la capacidad de trabajo y la resistencia. El concreto fresco debe tener la
consistencia o la capacidad de trabajo adecuadas para su correcta
colocación. El concreto endurecido debe ser capaz de alcanzar los
niveles de desempeño especificados, incluida la resistencia de compresión
necesaria. Los requisitos para el diseño y la construcción de edificios con
concreto armado son publicados por el Instituto Estadounidense del
Concreto (American Concrete Institute, ACI) en su documento ACI 318,
Requisitos del código de edificación para concreto armado (Building
Code Requirements for Reinforced Concrete).
El concreto es una mezcla de agregado, cemento, agua y aditivos. Su
resistencia se consigue mediante la hidratación del cemento (habitualmente
Portland) que se usa para aglomerar el agregado. El tipo de cemento
utilizado depende de los requisitos de la estructura en la que se colocará el
concreto. Los requisitos se describen en la norma ASTM C 150. Una mezcla
de concreto está compuesta por agregados finos y gruesos. Los agregados
finos suelen ser partículas de arena con un diámetro menor a 3/16 in,
mientras que los agregados gruesos son piedras trituradas o grava con
un diámetro mayor a 3/16 in, según se indica en la norma ASTM C 33
para el concreto de peso normal.
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
1
Tecnología de anclajes
de instalación posterior
MATERIALES DE BASE (continuación)
El peso del agregado utilizado en concreto de peso normal varía entre
135 y 165 pcf. Para el concreto estructural liviano, los agregados, como los
fabricados con esquisto expandido, pizarra, arcilla o escoria, tienen un rango
de peso entre 55 y 75 pcf, según se indica en la norma ASTM C 330. El peso
unitario para el concreto de peso normal varía entre 145 y 155 pcf, mientras
que para el concreto estructural liviano va de 100 a 115 pcf. El concreto
estructural liviano se utiliza cuando se desea reducir el peso de la estructura
del edificio. Tiene además una mejor resistencia al fuego que el concreto de
peso normal. La resistencia y la dureza del agregado afectarán la velocidad
de perforación, y el desgaste de las brocas y su vida útil. Los anclajes y
fijaciones instalados en concreto liviano pueden tener capacidades de carga
de hasta un 40 % menos que los instalados en el concreto de peso normal.
Se recomienda efectuar pruebas en el sitio si no se cuenta con datos
específicos disponibles para el material de base.
Otro tipo de concreto es el concreto aislante liviano. Este tipo de concreto
se utiliza para la aislación térmica y no debe confundirse con el concreto
estructural liviano. La norma ASTM C 332 detalla dos grupos de agregados
utilizados en el concreto aislante liviano. El Grupo I incluye agregados como
la perlita y la vermiculita. Estos agregados habitualmente producen concreto
cuyo peso varía entre 15 y 50 pcf. Los agregados en el Grupo II se preparan
por expansión, calcinación o aglutinación de productos, como escoria de alto
horno, ceniza fina, esquisto o pizarra. En el Grupo II también se incluyen
materiales naturales como piedra pómez, escoria y toba, que producen
concreto con un rango de peso entre 45 y 90 pcf. El concreto aislante
liviano habitualmente presenta resistencias a la compresión que van de
100 a 300 psi. Siempre son necesarias pruebas de desempeño en el sitio
para las instalaciones con concreto aislante liviano.
El concreto aireado pretensado autoclavado (AAC) es un material
de construcción de concreto liviano relativamente nuevo en Estados Unidos,
pero que se ha usado en otras partes del mundo durante más de 70 años.
Las materias primas utilizadas para fabricar el AAC son arena pulverizada,
agua, cemento y cal–, los mismos ingredientes que en el concreto
convencional, excepto que no hay agregados gruesos en la mezcla. Las
materias primas se dosifican para formar una lechada. La lechada se vierte
en moldes de acero. Debido a las reacciones químicas que ocurren en la
lechada, el material se expande y encapsula pequeñas burbujas de aire
dentro del soporte macizo. Después del fraguado, pero antes del
endurecimiento final, la masa se corta con máquinas en unidades de
tamaños diversos. Esas unidades luego son curadas al vapor bajo presión
en autoclaves, donde el material se transforma en productos
completamente curados y endurecidos.
El AAC se presenta en forma de bloques, disponibles en una multitud de
combinaciones de grosor, altura, largo y resistencia de compresión. El AAC
también se produce en forma de paneles reforzados que pueden utilizarse
como paneles exteriores no portantes horizontales y verticales para paredes,
paneles verticales portantes, y paneles para pisos y techos. Los productos de
AAC se han utilizado exitosamente en diversos tipos de construcciones
comerciales y residenciales, así como en protecciones acústicas en autopistas,
minas, cortafuegos y muros para huecos. Puede encontrar las
especificaciones del AAC en la norma ASTM C 1386 sobre los elementos de
bloque no reforzados y en la ASTM C 1452 para los paneles reforzados. El
rango de resistencia mínima de compresión va de 300 a 1000 psi; el valor
más frecuente es 580 psi.
2
www.powers.com
El rango de la densidad aparente en seco va de 25 a 50 pcf. Los productos
más comunes se fabrican con densidades de 31 a 37 pcf. Las pruebas de
desempeño en el sitio son siempre necesarias para las instalaciones en AAC.
Los aditivos se especifican en el diseño de la mezcla para modificar el
concreto, ya sean sus características para la colocación o sus propiedades
de endurecimiento. Los aditivos incorporadores de aire dispersan pequeñas
burbujas de aire en la mezcla de concreto para ayudar a mejorar la
resistencia al congelamiento y descongelamiento, y aumentar su capacidad
de trabajo. Otros ejemplos de aditivos utilizados son los superplastificantes,
que permiten reducir la cantidad de agua en la mezcla y obtener
proporciones de agua a cemento mucho menores, y otros productos
que aceleran o reducen la velocidad de fraguado del concreto.
Si bien el tipo de cemento, el agregado y otros aditivos inciden sobre
la resistencia de compresión del concreto, la proporción agua cemento
es el factor que más incide. A medida que disminuye la proporción
agua cemento, aumenta la resistencia de compresión del concreto. Para
determinar la resistencia de compresión del concreto, se forman probetas
en cilindros de aproximadamente 6 in de diámetro y 12 in de largo, según la
norma ASTM C 31. Los cilindros se rompen a intervalos especificados según
la norma ASTM C 39, habitualmente a los 7 y 28 días, y la resistencia
resultante se calcula al incremento de 10 psi más próximo.
Las capacidades de carga para las instalaciones en concreto de peso normal
que se detallan en este manual corresponden al concreto que alcanza
su resistencia de compresión designada de 28 días. Se considera que el
concreto está «inmaduro» si tiene menos de 21 días; eso puede afectar
el desempeño de los anclajes y las fijaciones. No se recomienda que los
anclajes y las fijaciones se coloquen en concreto con menos de 7 días
de curado. Si el concreto no se ha curado por al menos 21 días, las
capacidades de carga esperadas serán para la resistencia de compresión
real al momento de la instalación. Se recomienda efectuar pruebas
en el sitio para las instalaciones en concreto cuando su resistencia
o condición es desconocida o cuestionable. En algunas secciones se detallan
también las capacidades de carga para instalaciones en concreto estructural
liviano. Las capacidades de carga detalladas en este manual se calcularon en
miembros de prueba no reforzados, para proporcionar datos iniciales útiles
aún sin tener en cuenta el posible beneficio de los refuerzos, a menos que se
indique lo contrario.
Para resistir las fuerzas de tracción, se colocan refuerzos de acero en los
encofrados, como barras de refuerzo deformadas o mallas de alambre
soldado, antes de verter el concreto. Para las construcciones con concreto
pretensado o postensado, pueden utilizarse barras, alambres o cables como
refuerzo. También se usan clavijas lisas, principalmente para resistir cargas de
corte. Los refuerzos de acero no deben ser perforados ni punzados sin
autorización del profesional de diseño responsable del proyecto. La siguiente
página contiene tablas que detallan las dimensiones y resistencias de barras
de refuerzo deformadas estándar de Grado 40 y Grado 60 según la norma
ASTM A 615 y los códigos de edificación.
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Tecnología de anclajes
de instalación posterior
MATERIALES DE BASE (continuación)
Tamaño Área de Barra de refuerzo de Grado 40 Barra de refuerzo de Grado 60
de la la barra
Tracción Resistencia Resistencia Tracción Resistencia Resistencia
barra de
de
refuerzo refuerzo permisible de fluencia última permisible de fluencia última
Abr
lb
lb
lb
lb
lb
lb
d
(kN)
(kN)
(kN)
(kN)
(kN)
(kN)
in2 (mm2)
N.° 3
0.110
(71.0)
2200
(9.9)
4400
(19.8)
7700
(34.7)
2640
(11.9)
6600
(29.7)
9900
(44.6)
N.° 4
0.200
(129.0)
4000
(18.0)
8000
(36.0)
14 000
(63.0)
4800
(21.6)
12 000
(54.0)
18 000
(81.0)
N.° 5
0.310
(200.0)
6200
(27.9)
12 400
(55.8)
21 700
(97.7)
7440
(33.5)
18 600
(83.7)
27 900
(125.6)
N.° 6
0.440
(283.9)
8800
(39.6)
17 600
(79.2)
30 800
(138.6)
10 560
(47.5)
26 400
(118.8)
39 600
(178.2)
N.° 7
0.600
(387.1)
12 000
(54.0)
24 000
(108.0)
42 000
(189.0)
14 400
(64.8)
36 000
(162.0)
54 000
(243.0)
N.° 8
0.790
(509.7)
15 800
(71.1)
31 600
(142.2)
55 300
(248.9)
18 960
(85.3)
47 400
(213.3)
71 100
(320.0)
N.° 9
1.000
(645.2)
20 000
(90.0)
40 000
(180.0)
70 000
(315.0)
24 000
(108.0)
60 000
(270.0)
90 000
(405.0)
N.° 10
1.270
(819.4)
25 400
(114.3)
50 800
(228.6)
88 900
(400.1)
30 480
(137.2)
76 200 114 300
(342.9) (514.4)
N.° 11
1.560 31 200
(1006.4) (140.4)
62 400 109 200 37 440
(280.8) (491.4) (168.5)
93 600 140 400
(421.2) (631.8)
N.° 14
2.250 45 000
(1451.6) (202.5)
90 000 157 500 54 000
(405.0) (708.8) (243.0)
135 000 202 500
(607.5) (911.3)
N.° 18
4.000 80 000 160 000 280 000 96 000
(2580.6) (360.0) (720.0) (1260.0) (432.0)
240 000 360 000
(1080.0) (1620.0)
Las resistencias indicadas en la tabla anterior se calculan según
los siguientes esfuerzos. El esfuerzo de tracción permisible, fs,
para los refuerzos se basa en los requisitos del código de edificación.
Barra de refuerzo de Grado 40 Barra de refuerzo de Grado 60
Tracción Resistencia Resistencia Tracción Resistencia Resistencia
permisible de fluencia
última
permisible de fluencia
última
psi
psi
psi
psi
psi
psi
(MPa)
(MPa)
(MPa)
(MPa)
(MPa)
(MPa)
20 000
(138.0)
40 000
(276.0)
60 000
(414.0)
24 000
(165.6)
60 000
(414.0)
90 000
(621.0)
Generalmente, el concreto puede soportar mayores cargas que los ladrillos
o los bloques. A medida que la profundidad de empotramiento de un
anclaje o una fijación aumenta, también lo hará la carga de tracción, hasta
un punto en que se alcanzará la capacidad de extracción o resistencia del
metal del anclaje, o se llegará al límite de capacidad del concreto y el
material de base fallará de manera local.
En las siguientes figuras se muestran los métodos comunes de construcción
en los que puede usarse concreto.
Concreto vertido en el sitio
con sistema de encofrado
Losas compuestas vertidas
sobre lámina de acero
T premoldeadas
Vigas y columnas premoldeadas
Losas y vigas postensadas
Placa pretensada
Paneles de muro con premoldeado
horizontal en obra
Materiales de mampostería
La resistencia de los materiales de mampostería habitualmente es
menor que la del concreto, y la consistencia de esos materiales puede
variar según la región. Para formar un muro se unen los componentes
individuales de mampostería con una argamasa de cemento. Las filas
horizontales se llaman hiladas, y las secciones verticales, paños. La
resistencia de la argamasa a menudo es el factor crítico para el
desempeño del producto. Los anclajes o fijaciones pueden instalarse
en la junta horizontal de la argamasa o directamente en algunos tipos
de unidades de mampostería. En las pruebas de campo los productos
deben instalarse y cargarse para simular su ubicación real. El sistema
de prueba de anclajes utilizado debe cubrir la junta o la unidad para
proporcionar una prueba sin restricciones.
Nota: Los materiales de base huecos requieren especial cuidado,
ya que el anclaje o la fijación deben tener el tamaño adecuado
para coincidir con el grosor de la pared, o ser elegidos para
expandirse adecuadamente en las zonas huecas en el caso de los
pernos acodados. Cuando use anclajes pueden ocurrir desprendimientos
durante el proceso de perforación, lo que reducirá aún más el grosor
de la pared. Habitualmente los fabricantes de materiales de base
huecos especifican la carga máxima que se puede aplicar al material.
Como la resistencia de los materiales de mampostería varía mucho,
se recomienda realizar pruebas en el sitio para determinar las
capacidades de carga reales para las aplicaciones críticas.
Bloques de concreto
Se pueden encontrar bloques de concreto para mampostería de
diversos tamaños y formas, según la antigüedad y ubicación del
edificio. Se utilizan estilos huecos y macizos que pueden clasificarse
como portantes o no portantes. Los bloques portantes, conocidos
como unidades de mampostería de concreto (CMU) suelen ser
adecuados para los anclajes o las fijaciones.
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
3
Tecnología de anclajes
de instalación posterior
MATERIALES DE BASE (continuación)
Se recomienda efectuar pruebas en el sitio para las aplicaciones críticas
han debido a las amplias variaciones en estos materiales, a menos que
se indique lo contrario. La norma ASTM C 90 describe las unidades de
mampostería de concreto huecas y macizas portantes fabricadas con
cemento Portland, agua y agregados minerales, tanto normales como
medianas y livianas.
En los siguientes diagramas se muestran las formas típicas de las
unidades de mampostería de concreto. El término «cara externa»
se refiere a la parte lateral exterior del bloque, mientras que «pared
interna» se refiere a las paredes interiores que dividen las celdas huecas.
La resistencia de compresión mínima según la especificación ASTM
es 1900 psi. Las dimensiones nominales típicas son 8 in x 8 in x 16 in,
con un grosor mínimo en las caras exteriores de 1-1/4 in a 1-1/2 in.
En los bloques macizos de 75 % el grosor típico de las caras exteriores
es 2-1/4 in. Para los anclajes el grosor de las caras exteriores puede
reducirse hasta en 1/2 in durante la operación de perforación debido
a los desprendimientos en el lado posterior de la cara externa.
Los muros de bloques rellenos con mortero se construyeron utilizando
los bloques huecos descritos anteriormente, que fueron rellenados
con mortero fino según se indica en la norma ASTM C 476.
Pared interna
Ladrillo
Cara externa
Ancho
Celda hueca
Formas típicas de las CMU
La diferencia entre los bloques huecos y macizos se basa en la
superficie transversal portante del bloque. Los bloques macizos se
definen como aquellos con una superficie transversal portante de no
menos del 75 % de la superficie bruta del bloque medida en el mismo
plano. Las dimensiones mínimas típicas de la cara externa y el grosor
de las paredes interiores o se indican en la norma ASTM C 90. Uno
de los factores críticos que contribuyen a la resistencia de una pared
de mampostería es el tipo de argamasa utilizado para unir las unidades
de mampostería. La argamasa se prepara con una mezcla de cemento,
un agregado muy fino y agua. La norma ASTM C 270 describe las
argamasas de cal-cemento y de mampostería. Cada uno de ellos
está disponible en cuatro tipos, según se resume en la norma. Para
proporcionar una mayor resistencia a las cargas laterales, a menudo
se refuerzan las unidades de mampostería de concreto con barras
de refuerzo de acero. En este caso las unidades huecas se llenan
con mortero para permitirles actuar conjuntamente con las barras
de refuerzo.
Se pueden encontrar unidades de ladrillo de distintos tamaños, formas y
resistencias según la antigüedad y la ubicación del edificio. El ladrillo se
fabrica con arcilla o esquisto, que luego se extruye o corta con alambre,
se moldea a máquina o a mano, y después se endurece a través de un
proceso de cocción. En su estado natural se obtiene un acabado color
ante cuando se utiliza arcilla, mientras que el esquisto produce un tono
rojizo. Se agregan pigmentos minerales, esmaltes u otros compuestos
para cambiar el impacto visual del ladrillo. El ladrillo estructural puede
utilizarse para construir muros portantes, o como revestimiento o fachada.
El ladrillo se fabrica en unidades macizas de mampostería, o con
núcleos durante la extrusión. Los núcleos reducen el peso de ladrillo
y facilitan su colocación. La norma ASTM C 652 describe las unidades
de mampostería de ladrillo hueco. El ladrillo hueco se define como
aquel con una superficie transversal portante menor al 75 % de su área
bruta medida en el mismo plano. Los requisitos de las propiedades
físicas de las unidades de ladrillo hueco son más estrictos que para las
unidades de loseta cerámica estructural. A menudo, los núcleos generan
problemas cuando se intenta instalar anclajes tradicionales con expansión,
ya que los muros angostos resultantes no pueden soportar los elevados
esfuerzos portantes generados por el mecanismo de expansión.
En este caso, debe considerarse un anclaje alternativo, por ejemplo,
uno adhesivo. Los muros de ladrillo habitualmente no son adecuados
para las fijaciones colocadas con herramientas eléctricas.
La norma ASTM C 62 describe los ladrillos macizos para construcción,
mientras que la C 216 describe los ladrillos macizos para fachadas.
Para proporcionar una mayor resistencia a las cargas laterales a menudo
se refuerzan los muros con barras de refuerzo de acero. Los paños de
ladrillo se atan entre sí y luego se llenan con mortero para que puedan
actuar junto con las barras de refuerzo.
Mampostería de concreto con mortero
La experiencia ha demostrado que la consistencia de los bloques rellenos
con mortero varía mucho. Las zonas huecas a menudo son un problema,
por eso se recomienda efectuar pruebas de desempeño en el sitio.
En este manual se publican las capacidades de carga de guía para
algunos productos instalados en la cara externa de las unidades huecas
de mampostería de concreto portantes y de varios empotramientos en
unidades rellenas con mortero. Las capacidades de carga detalladas en
este manual se calcularon en miembros de prueba no reforzados para
proporcionar datos iniciales útiles aún sin tener en cuenta el posible
beneficio de los refuerzos, a menos que se indique lo contrario.
Típico muro portante de ladrillo
Cuando se usan ladrillos para la fachada de un edificio, es importante
asegurarlos adecuadamente al muro de soporte y a la estructura con
anclajes de materiales resistentes a la corrosión, como el acero inoxidable.
Para las unidades huecas, la mayoría de los anclajes se probaron en
muros construidos con bloques de concreto de peso normal acordes a
la norma ASTM C 90, Grado N. Grado N significa que son adecuados
para su uso en muros exteriores por encima o debajo del grado que
pueden estar o no expuestos a humedad.
4
www.powers.com
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
MATERIALES DE BASE (continuación)
Ladrillo (continuación)
En este manual se publican capacidades de carga de referencia para
anclajes instalados en ladrillo macizo y muros de ladrillo con múltiples
paños. A menos que se indique lo contrario, los anclajes se probaron
en muros construidos con ladrillos que cumplen los requisitos de la norma
ASTM C 62, Grado SW. Grado SW significa que son adecuados para
su uso en muros exteriores expuestos a condiciones climáticas severas.
La resistencia mínima de compresión según la especificación ASTM
es de 1250 a 3000 psi. Sin embargo, las resistencias reales pueden llegar
a entre 6000 y 8000 psi. Tanto los muros de ladrillo con un solo paño
como aquellos con varios paños fueron construidos con argamasa de
cemento-cal Tipo S, según la norma ASTM C 270.
Piedra
Hay distintos tipos, colores y texturas de piedra natural para diversas
aplicaciones de construcción. La roca natural cortada en tamaños y formas
específicos suele llamarse piedra dimensionable, a diferencia de la piedra
quebrada o triturada, como la que se usa para agregar al concreto. Las
tres clases habituales de roca utilizadas para fabricar piedra dimensionable
son la ígnea, la metamórfica y la sedimentaria. El granito es un material
ígneo, mientras que la piedra de mármol para la construcción es
metamórfica. Ambas piedras tienden a ser más duras que la caliza o la
arenisca, que son materiales sedimentarios. La resistencia y la calidad de la
piedra pueden variar enormemente según la cantera y la ubicación geológica.
Generalmente, los anclajes instalados en materiales más blandos, como la
piedra caliza o la arenisca, tendrán capacidades similares a las del concreto de
2000 psi. En piedras más duras, como el granito o el mármol, las capacidades
serán similares a las del concreto de 4000 o 6000 psi. Se recomienda
efectuar pruebas en el sitio debido a la gran variación en la resistencia de
la piedra natural. Por lo general no se considera la piedra como un material
de base adecuado para las fijaciones colocadas con herramientas eléctricas.
Piedra con soporte de loseta
Fachada de piedra
Las unidades de piedra dimensionable pueden utilizarse para formar un
muro portante, y como revestimiento o fachada. La mampostería construida
con piedra con pocas formas o sin formas estandarizadas suele llamarse
acabado rústico, mientras que cuando se usa piedra con cortes precisos
se llama sillar. Cuando se la utiliza en fachadas de edificios, es importante
que la piedra se ajuste adecuadamente al muro de soporte con anclajes
de materiales resistentes a la corrosión, como el acero inoxidable. La norma
ASTM C 119 describe a las piedras dimensionables para la construcción
de edificios. Las especificaciones para tipos individuales de piedras incluyen
la C 503 para el mármol, la C 568 para la piedra caliza, la C 615 para
el granito y la C 616 para los materiales de cuarzo.
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Loseta cerámica estructural
Se pueden encontrar unidades de loseta cerámica estructural de distintos
tamaños, formas y resistencias. Se usan principalmente en muros. Las unidades
de loseta se fabrican con arcilla, esquisto o arcilla refractaria, que se extruye
para darle forma y luego se endurece mediante cocción. Las unidades
terminadas pueden tener un acabado natural o esmaltado. Durante el
proceso de extrusión, se forma una gran cantidad de células continuas
o espacios huecos dentro de la loseta. El grosor típico de la cara exterior es
3/4 in, con paredes internas de 1/2 in de grosor. Las losetas de punta están
diseñadas para ser colocadas en muros con el eje de las celdas en sentido
vertical, mientras que las losetas de canto están diseñadas para su colocación
con el eje de las celdas en sentido horizontal.
Formas típicas de las losetas cerámicas
Estos materiales presentan un problema cuando se trata de instalar anclajes,
ya que los muros resultantes son angostos y no toleran las elevadas cargas
de esfuerzo que les imponen los anclajes mecánicos. Para las cargas livianas
puede usarse un anclaje para muros huecos, que se abre detrás de la cara
exterior. Para cargas más pesadas se sugiere un anclaje adhesivo colocado
con un tamiz instalado a través de la cara exterior y la pared interna. Para
la mayoría de los casos se recomiendan pruebas en el sitio. Las losetas
cerámicas estructurales no son un material de base adecuado para
las fijaciones colocadas con herramientas eléctricas.
Las unidades de loseta cerámica estructural se pueden usar para construir
muros portantes y como revestimiento o fachada. La norma ASTM C 34
describe las losetas cerámicas estructurales para muros portantes. Las losetas
de Grado LBX resisten la exposición a las condiciones climáticas, mientras
que las de Grado LB suelen usarse en entornos protegidos. La resistencia
de compresión mínima en este tipo de unidades varía entre 500 y 1400 psi,
según su orientación y grado. En la norma ASTM C 212 se describen
las losetas cerámicas estructurales para fachadas.
Tabique de cerámica estructural
La norma ASTM C 56 describe las losetas cerámicas estructurales para
aplicaciones no portantes, utilizadas principalmente en tabiques. A veces, a
este tipo de ladrillo se lo llama terracota arquitectónica, aunque este término
se aplica mejor a unidades de construcción ornamentales. No se especifica
la resistencia mínima de compresión para este tipo de ladrillo.
Lámina de acero
Las láminas de acero se fabrican en muchas configuraciones distintas,
para su uso como plataformas en pisos (compuestos y no compuestos) o
plataformas para techos. Habitualmente se forman en frío a partir de hojas
de acero para proporcionar la combinación de tipo de lámina, profundidad
y calibre (grosor) para cumplir las especificaciones de la aplicación.
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
5
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
MATERIALES DE BASE (continuación)
Las nervaduras, con distintas profundidades y tamaños, agregan resistencia
de flexión según la distancia entre apoyos.
Las láminas de acero se proporcionan sin recubrimiento, pintadas o
galvanizadas, y de varios grosores según la norma ASTM A 525. Los
grosores habituales de los galvanizados son Grado 90 (0.90 oz/ft2) y
Grado 60 (0.60 oz/ft2). El siguiente diagrama muestra un corte típico
de una lámina de acero.
D
B
A
A
B
C
D
–
–
–
–
E
G
Nervadura
Reborde superior
Solapamiento lateral
Módulo
F
C
E – Pared interna
F – Profundidad
G – Ancho de la cobertura
Las normas de la industria para el diseño, la fabricación y el uso de las
láminas de acero son provistos por Steel Deck Institute (SDI), Factory Mutual
Research Corporation (actualmente conocida como FM Global), y
Underwriters Laboratories (UL). Los requisitos para los materiales también
se indican en las normas ASTM A 611 y A 446. La resistencia de fluencia
de las láminas de acero varía entre 25 000 y 80 000 psi, según su grado. Actualmente, el grosor de las láminas de acero se especifica según el
sistema decimal más que por su calibre. Las láminas de acero para pisos
utilizadas para construcciones compuestas con relleno de concreto
típicamente tienen nervaduras de 1-1/2 in, 2 in, y 3 in de profundidad.
Existen otras profundidades, de hasta 7-1/2 in. Este tipo de lámina suele
fabricarse con una resistencia mínima de fluencia de 33 000 psi. Las láminas
de acero no compuestas se utilizan como encofrados permanentes para
losas de concreto con nervaduras de entre 1/2 in y 2 in de profundidad.
En el caso de las láminas de acero para techos, las nervaduras se clasifican
como angostas, intermedias o anchas, con una profundidad mínima de
1-1/2 in a intervalos de 6 in de centro a centro. También existen láminas
con nervaduras profundas, de un mínimo de 3 in y una separación de 8 in
de centro a centro. Otros tipos de láminas de acero incluyen las láminas
para pisos o techos acústicos, las láminas largas para techos, y las láminas
celulares para techos.
RESISTENCIA A LA CORROSIÓN
Debe considerarse el entorno corrosivo en el que se instalará un anclaje
o una fijación. La corrosión puede describirse de manera general como
la destrucción del material por reacciones químicas o electroquímicas
debidas al entorno de la aplicación. Las estimaciones de la industria
sobre el costo anual de la corrosión son del orden de miles de millones
de dólares. La corrosión es un tema muy complejo. Continuamente se
adquiere más conocimiento relacionado por la experiencia que se genera
en la industria. En las siguientes dos secciones se describen las
corrosiones química y electroquímica para proporcionar una comprensión
básica del proceso.
Corrosión química
El ataque químico directo ocurre cuando un anclaje o una fijación se
sumergen en la sustancia corrosiva, habitualmente un líquido o un gas.
Por ejemplo, un anclaje utilizado para inmovilizar equipos en un tanque
de tratamiento de agua deberá ser de un material resistente al cloro
u otros líquidos corrosivos presentes. Este tipo de corrosión también
puede ocurrir cuando se coloca una fachada de piedra sobre un muro de
soporte. Pueden formarse ácidos suaves en las cavidades del muro debido
a la reacción de la condensación con la piedra colocada. El producto
seleccionado tendrá que ser resistente al tipo de ácido que se forme.
Corrosión electroquímica
Todos los metales tienen un potencial eléctrico, que ha sido medido
en investigaciones y clasificado en una serie de fuerzas electromotrices.
Cuando dos metales con diferente potencial eléctrico se ponen en
contacto en la presencia de un electrolito, el metal con menor potencial
(el menos noble) será el ánodo, mientras que el metal con el mayor
potencial (el más noble) será el cátodo.
A medida que la corriente eléctrica fluye del ánodo al cátodo, tendrá
lugar una reacción química. El metal que constituye el ánodo se corroerá
y depositará una capa de material sobre el metal que funciona como
cátodo. Cuanto mayor sea el potencial eléctrico entre dos metales
diferentes, mayores serán el flujo de corriente y la tasa de corrosión
correspondiente. La tasa de corrosión también se verá influida por
la conductividad del electrolito.
Serie galvánica
+ Extremo corroído (anódico, o menos noble)
Magnesio
Aleaciones de magnesio
Zinc
Aluminio 1100
Cadmio
Aluminio 2024-T4
Acero o hierro
Hierro fundido
Ferrocromo (activo)
Hierro fundido Ni-Resist
Acero inoxidable Tipo 304 (activo)
Acero inoxidable Tipo 316 (activo)
Soldadura de plomo y estaño
Plomo
Estaño
Níquel (activo)
Aleación de níquel-cromo Inconel (activo)
Aleación Hastelloy C (activo)
Latones
Cobre
Bronces
Aleaciones de cuproníquel
Aleación de cuproníquel Monel
Soldadura de plata
Níquel (pasivo)
Aleación de níquel-cromo Inconel (pasivo)
Ferrocromo (pasivo)
Acero inoxidable Tipo 304 (pasivo)
Acero inoxidable Tipo 316 (pasivo)
Aleación Hastelloy C (pasivo)
Plata
Titanio
Grafito
Oro
Platino
- Extremo protegido (catódico o más noble)
6
www.powers.com
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
RESISTENCIA A LA CORROSIÓN (continuación)
Para proporcionar un enfoque más práctico a la comprensión de la serie
de fuerzas electromotrices, se efectuaron pruebas en aleaciones y
metales comerciales en agua de mar para desarrollar un cuadro llamado
Serie galvánica. Uno de los motivos por los que se usó agua de mar
como electrolito fue su alta conductividad. La tabla anterior detalla
una muestra representativa de metales diferentes e indica su potencial
relativo de corrosión galvánica. Cuando dos metales diferentes están
en contacto (acoplados) en presencia de una solución conductora o
electrolito (es decir, agua) la corriente eléctrica fluye desde el metal
menos noble (anódico) hacia el más noble (catódico). En todos los
pares, el metal menos noble es más activo y se corroe, mientras
que el más noble recibe una protección galvánica.
Para evitar la corrosión galvánica, puede recurrirse a las siguientes
precauciones:
1. Usar el mismo metal o metales similares en los ensambles. Elegir
metales cercanos entre sí en la Serie galvánica.
2. Cuando se conectan metales diferentes en presencia de una solución
conductora, sepárelos con materiales dieléctricos, como aislantes,
unavunta, o un revestimiento. Debe cuidarse el mantenimiento
de los revestimientos para evitar ataques acelerados en los puntos
con imperfecciones.
3. Evite las combinaciones donde la superficie del material menos noble
sea relativamente pequeña. Es una buena práctica utilizar anclajes o
fijaciones de un metal más noble que aquel que está siendo asegurado.
En las aplicaciones críticas deben llevarse a cabo pruebas para simular
las condiciones reales.
Según la aplicación, es posible que deba considerar otros tipos de
corrosión electroquímica, como la corrosión bajo esfuerzo. En todos
los casos es importante evaluar la aplicación y el entorno de servicio
para efectuar una selección adecuada.
Recubrimientos y capas
Existen diversos recubrimientos y capas contra ciertos extremos de
corrosión. Por lo general, se elige una capa de un metal menos noble
(con menor potencial eléctrico) que el metal de base que debe proteger.
Al ser expuesto a una reacción electroquímica, la capa se corroerá o
sacrificará y el metal de base quedará protegido. Una vez que la capa
se haya reducido significativamente, el material de base comenzará a
corroerse. Si se elige un metal más noble para la capa y este se daña,
el metal de base comenzará a corroerse inmediatamente.
Galvanizado y zincado
En el caso de los anclajes y las fijaciones de acero al carbono, el zinc
es uno de los materiales más comunes para las capas, ya que puede
aplicarse en una gran variedad de grosores y es menos noble que el acero
al carbono. Se puede aplicar el zinc a través de galvanoplastia, métodos
mecánicos o galvanizado por inmersión en caliente.
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
La siguiente tabla muestra la típica tasa media de corrosión del zinc según
datos recopilados por ASTM. En teoría, la expectativa de vida de una capa
de zinc será su grosor dividido por la tasa de corrosión. Estos valores deben
usarse solo en forma orientativa, ya que los resultados serán diferentes
según las condiciones locales.
Atmósfera
Industrial
Urbana no industrial o marina
Suburbana
Rural
Cubierta
Tasa media de corrosión
5.6 micrones (0.00022 in) por año
1.5 micrones (0.00006 in) por año
1.3 micrones (0.00005 in) por año
0.8 micrones (0.00003 in) por año
Considerablemente menos que 0.5 micrones
(0.00002 in) por año
El zincado estándar utilizado en los anclajes de acero al carbono se
aplica por galvanoplastia (a menudo denominado zinc «comercial»).
Los componentes del anclaje se sumergen en una solución de base
de agua que contiene un compuesto de zinc. Después, se induce una
corriente eléctrica en la solución, que causa que el zinc se precipite
y se deposite sobre los componentes. Los productos Powers de acero
al carbono habitualmente son zincados por electrodeposición según
la norma ASTM B 633, SC1, Tipo III. SC1 significa Condición de
servicio 1, adecuada para un entorno benigno, con un grosor promedio
del recubrimiento de 5 micrones (0.0002 in). Esta condición también
se clasifica como Fe/Zn 5. Tipo III indica que se aplica sobre el zincado
un tratamiento adicional con cromato transparente. Antes de aplicar
el tratamiento con cromato, los productos tratados al calor zincados
por electrodeposición se suelen hornear para eliminar el hidrógeno
que pueda haber quedado atrapado en el soporte granular, o se
utilizan procesos de limpieza sin ácido para garantizar que no se
introduzca hidrógeno.
Nota: Las fijaciones aplicadas con herramientas eléctricas están diseñadas
para ser utilizadas en atmósferas no corrosivas, a menos que se hayan
efectuado pruebas específicas de corrosión para esa aplicación. Para
reducir la posibilidad de fatiga del material de una pieza tratada con
calor, el acabado estándar de todas las fijaciones aplicadas con
herramientas eléctricas de Powers es el zinc aplicado mecánicamente,
según la norma ASTM B 695, Clase 5. Clase 5 significa que el
recubrimiento tiene en promedio un grosor mínimo de 5 micrones
(0.0002 in).
Los zincados o recubrimientos con zinc más pesados suelen llamarse
«galvanizados». Otro zincado disponible en algunos anclajes de acero
al carbono se aplica de manera mecánica (p. ej., galvanizado mecánico).
Para aplicar este recubrimiento, los componentes del anclaje se colocan,
junto con cuentas de vidrio, en la cámara de una máquina agitadora.
Mientras se agita la cámara se agrega gradualmente un compuesto
de zinc en polvo y se permite que las cuentas de vidrio golpeen el zinc
contra la superficie de los componentes del anclaje. Los productos de
acero al carbono recubiertos con este método se galvanizan
mecánicamente según la norma ASTM, B 695. La norma ASTM A 153,
Tipo C describe los requisitos para aplicar un galvanizado utilizando
el método de inmersión en caliente. Según esta especificación, los
componentes del anclaje se colocan en un baño de zinc fundido durante
un tiempo determinado para permitir una reacción metalúrgica que une
el zinc a la superficie de acero.
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
7
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
RESISTENCIA A LA CORROSIÓN (continuación)
Recubrimientos protectores
Para proporcionar una mayor protección contra la corrosión en los
anclajes y las fijaciones de menor diámetro que se usan en algunas
aplicaciones de techado, se ha desarrollado un recubrimiento
patentado de fluoropolímero denominado Perma-Seal™. Este
recubrimiento proporciona una mejor resistencia a la corrosión
y a la abrasión que el zincado por electrodeposición tradicional o
el galvanizado mecánico. A menudo, los recubrimientos de este tipo
se denominan de protección, ya que sellan la pieza, a diferencia de
los zincados, que se sacrifican.
Cuando se recubre un componente con Perma-Seal, se aplica primero
a la superficie una base de fosfato enriquecido con zinc, y después
se aplica un proceso patentado durante el cual se une un polímero
al recubrimiento de base. Esto crea un acabado que resiste el entorno
corrosivo creado por el elevado contenido salino de la mayoría de los
tableros de aislamiento, la lluvia ácida y los ácidos producidos por agua
estancada en la mayoría de los techos con sistemas de capa única o
impermeabilizados. Los recubrimientos de este tipo suelen probarse
según la norma DIN 50018, 2.0S, un método de prueba denominado
Prueba de Kesternich. Con este método para medir la resistencia a
la corrosión, la norma Factory Mutual Standard 4470 (actualmente
FM Global) establece un límite permitido de corrosión de la superficie
(óxido rojo) del 15 % después de 15 ciclos de exposición. El
recubrimiento Perma-Seal supera este requisito y tolera 30 ciclos de
exposición con menos del 15 % de corrosión de la superficie (óxido
rojo). Pruebas adicionales realizadas en una cámara de rociado con
sal según la norma ASTM B 117 demuestran que el recubrimiento
Perma-Seal puede resistir más de 1000 horas de exposición con
una corrosión inferior al 5 % de la superficie.
Materiales resistentes a la corrosión
Además de los recubrimientos y de las capas, existen otros materiales
para los anclajes y fijaciones que proporcionan diversos niveles de
resistencia a la corrosión.
Acero inoxidable
Los aceros inoxidables originalmente recibieron sus nombres por sus
contenidos de cromo y níquel. Uno de los primeros tipos desarrollados
contenía un 18 % de cromo y un 8 % de níquel. Fue, por lo tanto,
denominado acero inoxidable 18-8. A medida que se desarrollaron
nuevos tipos de acero inoxidable con propiedades específicas para
ciertas aplicaciones, el Instituto Estadounidense del Hierro y del
Acero (American Iron and Steel Institute, AISI) estableció un sistema
de numeración estándar para clasificarlos. Para que una aleación fuera
considerada acero inoxidable según el sistema del AISI, debía contener
al menos el 11.5 % de cromo. Las aleaciones con cromo-níquel fueron
denominadas serie 300 de aceros inoxidables, y las aleaciones con
cromo, serie 400.
El proceso básico de pasivado implica la limpieza o el desengrasado
de los componentes, su inmersión en un baño de ácido nítrico, su
enjuague y su secado. Una vez que se ha completado el proceso, la
película de óxido vuelve a formarse sin capturar partículas extrañas.
La serie 300 de aceros inoxidables está formada por aleaciones
austeníticas no magnéticas y no tratables con calor, aunque se
las puede templar. Los anclajes fabricados con la serie 300 de aceros
inoxidables pueden exhibir propiedades levemente magnéticas debido
a su proceso de fabricación. Para lograr una mayor resistencia de
tracción, esta serie de aceros inoxidables debe trabajarse en frío. Para
algunos componentes se especifica una resistencia mínima de fluencia
según el endurecimiento que ocurre durante el proceso de formación
en frío. En la industria, aún se usa el término 18-8 para describir
genéricamente a la serie 300 de aleaciones, en especial a los Tipos 302,
303, y 304. Powers produce anclajes fabricados con los Tipos 303,
304, 304 Cu y 316 de acero inoxidable. El Tipo 303 se utiliza cuando
es necesaria la capacidad de maquinar los productos. Este tipo de acero
inoxidable tiene un mayor contenido de azufre que el Tipo 304, lo que
reduce la resistencia sobre las herramientas de corte, en especial cuando
se fabrican roscas internas. Los aceros inoxidables de Tipo 304 y 304
Cu (302 HQ) se utilizan para formar componentes de anclajes en frío.
Este tipo de acero inoxidable es uno de los más especificados. Se utiliza
habitualmente en exteriores y entornos no marinos, y para aplicaciones
en el sector de procesamiento de alimentos. Para entornos más corrosivos,
está disponible el acero inoxidable de Tipo 316. El Tipo 316 tiene mayor
contenido de níquel que el Tipo 304, y se le agrega molibdeno. Esto
proporciona una mayor resistencia a las picaduras causadas por los
cloruros (sales) y el ataque corrosivo por ácidos sulfurosos, como los
utilizados en la industria del papel. Sin embargo, debe evitarse el uso
de acero inoxidable de Tipo 316 en entornos donde es probable la
corrosión por esfuerzo y las picaduras, debido a la posibilidad de
fallas repentinas del material sin aviso visual.
Las aleaciones ferríticas y martentísicas constituyen la serie 400 de aceros
inoxidables. Por lo general, las aleaciones martentísicas en esta serie pueden
tratarse con calor; sin embargo, su resistencia a la corrosión es muy inferior
a la de los aceros inoxidables de la serie 300. También pueden ser tratados
con una capa protectora adicional para prevenir el desarrollo temprano de
la corrosión. Los aceros inoxidables de la serie 400 también pueden exhibir
propiedades magnéticas.
Otros materiales
Según el entorno corrosivo, Powers también ofrece varios materiales
alternativos que pueden utilizarse en lugar del acero inoxidable.
Estos materiales incluyen:
Aleación Zamac
Plásticos industrializados
Los aceros inoxidables desarrollan su resistencia a la corrosión
formando una película pasiva fina autoprotectora de óxido de cromo
sobre su superficie. Durante el proceso de formación o maquinado,
la superficie de los componentes fabricados con acero inoxidable
puede contaminarse con pequeñas partículas de otros materiales.
Para mantener el desempeño óptimo contra la corrosión del acero
inoxidable, los componentes se pasivan luego de la fabricación.
8
www.powers.com
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
RESISTENCIA A LA CORROSIÓN (continuación)
Pruebas de corrosión
Recubrimiento /capao/material
Dos métodos utilizados para evaluar la resistencia relativa a la corrosión son
las pruebas en niebla salina y un método europeo según la norma DIN 50018,
2.0S, conocido como prueba de Kesternich.
Pruebas en niebla salina
Las pruebas en niebla salina, también conocidas como pruebas de rociado
con sal, se efectúan según la norma ASTM B 117. Este tipo de pruebas es
considerado útil para evaluar el comportamiento de los materiales expuestos a
entornos marinos o costeros. Los componentes que serán probados se preparan
y suspenden en una cámara sellada, donde se los somete a ciclos de rociado
o niebla, habitualmente con una solución neutral salina al 5 % pulverizada
a una temperatura de 95 °F.
Recubrimiento/capao/material
Recubrimiento Perma-Seal®
% de superficie corroída
(óxido rojo)
5 a 10 % después de 1500 horas
Acero inoxidable – Tipo 304
Ninguna luego de 500 horas
Acero inoxidable – Tipo 316
Ninguna luego de 500 horas
Acero inoxidable – Tipo 410
Acero inoxidable – Tipo 410
con recubrimiento de Clase 4
Zinc con cromatado transparente
(ASTM B 633,SC1)
Galvanizado mecánico sin tratamiento
de cromatado (ASTM B 695, Clase 55)
Más del 10 % después de 500 horas
Menos del 5 % después
de 1500 horas
Más del 15 % después de 500 horas
% de corrosión en superficie
Cadmio
Recubrimiento Perma-Seal®
100 % después de 4 ciclos
5 a 10 % después de 30 ciclos
Acero inoxidable – Tipo 304
Ninguna después de 30 ciclos
Acero inoxidable – Tipo 316
Ninguna después de 30 ciclos
Acero inoxidable – Tipo 410
Acero inoxidable – Tipo 410
con recubrimiento de Clase 4
Zinc con cromatado transparente
(ASTM B 633,SC1)
Zinc con tratado de dicromato amarillo
(ASTM B 633,SC1)
Galvanizado mecánico, sin tratamiento de
cromatado (ASTM B 695)
Aleación de zinc
100 % después de 3 ciclos
5 a 10 % después de 30 ciclos
100 % después de 3 ciclos
100 % después de 3 ciclos
100 % después de 3 ciclos
Ninguna después de 30 ciclos
Nota: Los valores porcentuales de las pruebas de corrosión se obtuvieron por
observación visual de las fijaciones a intervalos regulares durante las pruebas.
El desempeño en las pruebas se refiere a fijaciones no instaladas y puede no
reflejar el desempeño real en el uso. La información se proporciona solo a
efectos comparativos, ya que no pueden ofrecerse estimaciones de la duración
en uso de las fijaciones debido a la gran cantidad de variables que influyen en
la corrosión.
10 % después de 500 horas
Madera tratada a presión
Prueba de Kesternich
Este método de prueba proporciona una medición mucho más severa de
la resistencia a la corrosión que el de la niebla salina. Los componentes que
serán evaluados se preparan y se colocan en una unidad especial denominada
gabinete para pruebas de Kesternich. Las pruebas de corrosión se llevan a cabo
según la norma DIN 50018, 2.0S. Se colocan dos litros de agua destilada en la
parte inferior del gabinete y luego se lo sella. Una vez sellado el gabinete, se
inyectan dos litros de dióxido de azufre y se establece la temperatura interna
en 104 °F para el ciclo. Cada ciclo de 24 horas comienza con una exposición
de 8 horas al baño ácido creado en el gabinete.
Después, se purga y abre el gabinete, se enjuagan las probetas con agua
destilada, y se las seca a temperatura ambiente durante 16 horas. Se examinan
las probetas en busca de corrosión en la superficie (óxido rojo) al final de cada
ciclo. La siguiente tabla compara la corrosión relativa en la superficie (óxido rojo)
de diversos recubrimientos, capas y materiales después de hasta 30 ciclos de
exposición en un gabinete para pruebas de Kesternich.
Los conservantes químicos protegen la madera de la descomposición
por insectos y agentes microbianos. Sin embargo, las formulaciones
más recientes de los conservantes químicos utilizados en madera tratada
a presión para aplicaciones en construcciones comerciales y residenciales
son más corrosivas para las fijaciones metálicas en contacto directo con
la madera.
Las investigaciones y pruebas han mostrado que las fijaciones de acero
inoxidable de Tipo 304 y 316 se corroen menos que otras alternativas
cuando se utilizan en madera tratada a presión. Cuando no es posible
usar acero inoxidable (o no resulta adecuado, como sucede con las
fijaciones aplicadas con herramientas eléctricas), Powers Fasteners
ofrece varios anclajes y fijaciones compatibles para responder a las
necesidades del mercado. Consulte las secciones sobre los productos
para obtener más información.
ASPECTOS BÁSICOS DE LAS PRUEBAS Y LOS DATOS
Los aspectos básicos del diseño de los anclajes y las fijaciones incluyen el
cálculo de las capacidades diseñadas de carga según los datos de las pruebas
en laboratorio para simular las condiciones de campo habituales. Powers
publica las capacidades de carga de diseño para los anclajes instalados en
unidades de concreto, mampostería y otros materiales de base apropiados.
Procedimientos y criterios para las pruebas
Los datos de las pruebas para los anclajes publicados en este manual se
desarrollaron según la norma ASTM E 488, Métodos estándar para pruebas
de resistencia de anclajes en elementos de concreto y mampostería (y según
la norma ASTM E 1512 cuando corresponde). Los valores de carga publicados
corresponden a cargas últimas (de falla) promedio basadas en pruebas reales
sobre los materiales de base indicados en las secciones de cada producto.
Cada dato corresponde habitualmente al promedio de cinco o más pruebas
individuales. En el caso de las fijaciones eléctricas, se obtuvieron los datos de
las pruebas según la norma ASTM E 1190, Métodos estándar para pruebas
de resistencia en fijaciones accionadas a pólvora instaladas en miembros
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
estructurales. Los valores publicados son cargas últimas (de falla) promedio
basadas en pruebas reales sobre los materiales de base indicados en las
secciones correspondientes a cada fijación. Cada dato habitualmente
corresponde al promedio de un mínimo de 10 pruebas individuales según
el coeficiente de variación obtenido.
Como la resistencia de compresión del concreto influirá sobre la resistencia de
los anclajes y las fijaciones, habitualmente se efectúan pruebas con resistencias
diversas. Normalmente, los materiales de base no están reforzados para
proporcionar una simulación del peor de los casos.
Datos sobre pruebas de tracción
Los datos de las pruebas de tracción a veces se denominan datos de pruebas
de extracción. En el siguiente diagrama se muestra un ensamble de prueba
hidráulica típico para pruebas de tracción en anclajes. Para las pruebas en
las fijaciones eléctricas se utiliza un sistema similar, excepto que no mide
la deflexión a menos que se especifique (p. ej., criterios ICC-ES AC70).
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
9
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
INFORMACIÓN DEL PRODUCTO
ASPECTOS BÁSICOS DE LAS PRUEBAS Y LOS DATOS (continuación)
Núcleo hueco
Cilindro hidráulico
Medidor de carga
A la bomba hidráulica
A la unidad de obtención de datos
Sensor de
desplazamiento
Puente de reacción
Mordaza
Placa de esfuerzo
Material de base
Sistema típico de prueba estática de tracción
La estructura del equipo para pruebas está diseñada para sostener a la
unidad de prueba hidráulica y cubrir el área de prueba para que la carga
de reacción no afecte los resultados de la prueba. Durante la prueba se
aplica una carga al anclaje de manera gradual en dirección axial
mediante un cilindro hidráulico y se mide el desplazamiento utilizando
un sensor electrónico de desplazamiento. La carga se mide con una
célula de carga de núcleo hueco y el desempeño resultante se registra
en una unidad de captura de datos. Se continúa aplicando carga hasta
alcanzar la carga última (falla). La capacidad de carga última registrada
puede basarse en cualquiera de los modos indicados más adelante en
este manual, o en una combinación de ellos.
Durante la prueba, la capacidad de tracción de los anclajes y de las
fijaciones puede aumentar con empotramientos más profundos. Esto se
debe a la mayor cantidad de material de base disponible para resistir las
fuerzas de compresión aplicadas por un anclaje con expansión mecánica,
la mayor área de compresión contra el vástago de una fijación accionada
a pólvora, o una mayor superficie disponible para la adherencia con un
anclaje de tipo adhesivo. En algunos anclajes, la capacidad del mecanismo
de expansión puede haberse alcanzado en el empotramiento más
superficial y la carga no aumentará.
Datos de pruebas de corte
La configuración típica de las unidades de prueba hidráulica utilizadas
para aplicar cargas de corte a los anclajes se muestra en el siguiente
diagrama. Para las pruebas de fijaciones eléctricas se utiliza una
configuración similar.
La carga de prueba se aplica en forma perpendicular al anclaje utilizando
el equipo hidráulico descripto anteriormente. Durante la prueba de los
anclajes mecánicos, la resistencia de corte aumentará con el empotramiento
de los anclajes, sin embargo, el aumento puede no ser tan significativo
como en la tracción. Cuando se aplica una carga de corte a un anclaje
mecánico, su cuerpo resiste la carga aplicada transmitiendo un esfuerzo
portante al material de base. Aumentar el empotramiento incrementará
el área sobre la que se aplica esta fuerza, lo que a su vez aumenta la
resistencia del material de base a la carga aplicada. Además, un anclaje
metálico tenderá a flexionarse cuando se aplica una carga de corte y el
material de base comienza a triturarse. La carga aplicada será en
realidad resistida por una combinación de la capacidad portante del
material de base y la resistencia de tracción del anclaje. Los anclajes de
tipo adhesivo habitualmente pueden desarrollar la resistencia de corte
del material de la varilla del anclaje con un empotramiento mediano o
profundo cuando se los instala en concreto. Como la carga de corte en la
mayoría de las aplicaciones se aplica a través de la parte roscada de un
anclaje o un perno, todas las pruebas de corte simulan esta situación. En
los anclajes con pernos o tornillos, la carga de diseño debe ser la menor
entre la carga permisible para el anclaje y la carga para el perno o tornillo
utilizados.
Evaluación de los datos de las pruebas
Diseño por esfuerzos permisibles (ASD)
En la industria se utilizan actualmente dos métodos para evaluar los
datos de las pruebas y determinar las cargas de trabajo permisibles
para los anclajes o las fijaciones. La primera y más frecuente, debido
a su facilidad de uso, es el método del factor de seguridad. Con este
método, se aplica un factor de seguridad adecuado a la carga última
promedio obtenida en las pruebas.
Carga permisible = carga última / factor de seguridad
Los factores de seguridad se utilizan para considerar las variaciones en
campo, que pueden diferir de las condiciones de prueba en laboratorio.
Los factores de seguridad mínimos típicos establecidos por la industria
son 4:1 para el concreto y 5:1 para los materiales de mampostería.
El profesional de diseño responsable de la aplicación e instalación
del producto debe determinar los factores reales de seguridad que
se utilizarán, según el código de edificación pertinente, y después
de considerar todos los factores relevantes.
A la bomba hidráulica
A la unidad de
obtención de datos
A la unidad de
obtención de datos
Sensor de desplazamiento
Placa de corte
Anclaje de
prueba
Núcleo hueco
Cilindro hidráulico
Medidor de carga
Puente de reacción
Espaciadores para proporcionar separación
Material de base
Otro método, utilizado menos frecuentemente pero que a veces
constituye una alternativa a la aplicación directa de los factores de
seguridad, es un método estadístico que basa parcialmente las cargas
de trabajo permisibles en el coeficiente de variación (CV) obtenido
durante las pruebas. En la mayoría de los casos, los resultados obtenidos
mediante el método del factor de seguridad son similares a los del
método estadístico, a menos que los valores del CV sean muy elevados
(p. ej., más del 20 %). Los coeficientes de variación típicos son los que
se muestran en la página siguiente:
Ensamblaje típico para prueba de corte
10
www.powers.com
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
INFORMACIÓN DEL PRODUCTO
ASPECTOS BÁSICOS DE LAS PRUEBAS Y LOS DATOS (continuación)
Producto
Anclajes mecánicos
Anclajes adhesivos
Fijaciones eléctricas en acero
Fijaciones eléctricas en concreto
Diseño de resistencias (LRFD)
CV
10 - 15%
10 - 15%
10 - 15%
10 - 20%
Se incluyen detalles sobre el uso adecuado de los factores de seguridad
en las secciones que describen las guías para la selección de anclajes
y fijaciones eléctricas.
Los métodos de diseño de resistencias (LRFD) para el concreto están
convirtiéndose en lo habitual, ya que se ha adoptado y aceptado el
Código internacional de edificación (International Building Code, IBC)
en la mayoría de las jurisdicciones. Este método incorpora los factores
de reducción a los valores característicos de las pruebas de calificación
y considera distintos tipos de modos de falla. En el Apéndice D de la
norma ACI 318 se indican los detalles sobre el diseño de resistencias
(el método CDD) según se aplica al anclaje para concreto. Este método
es mencionado por el código y se recomienda cuando pueda aplicarse.
CARGAS APLICADAS
El tipo de carga y la forma en que la aplica el montaje de sujeción
u otro accesorio es una consideración fundamental para la selección de
un anclaje. Las cargas aplicadas pueden describirse de manera genérica
como estáticas, dinámicas o de impacto. Algunos tipos de anclaje son
adecuados solo para cargas estáticas, mientras que otros pueden
someterse a cargas dinámicas o de impacto. La adecuación de un anclaje
para una aplicación específica debe ser determinada por el profesional
de diseño cualificado responsable de la instalación del producto.
Carga combinada
La mayoría de las instalaciones
de anclajes se ven sujetas a una
combinación de cargas de corte
y de tracción.
Nu
Para anclajes con cargas de corte y
Vu
de tracción, la combinación debe ser
proporcionada, según se indica a continuación, de acuerdo
con el diseño por esfuerzos permisibles (ASD):
Cargas estáticas
5
Son cargas inmóviles y constantes,
como las producidas por letreros,
gabinetes, equipos y otros elementos
en interiores. Una carga estática típica
puede ser una combinación de la
carga muerta (el peso del montaje de
sujeción) y la carga variable que debe soportar el montaje de sujeción.
Las condiciones básicas de las cargas estáticas son la tracción, el corte,
o una combinación de ambas. Para determinar la carga estática de
trabajo permisible, lo habitual en la industria es reducir la capacidad
de carga última de un anclaje con un factor mínimo de seguridad.
En casos de carga combinada pueden ser necesarios otros factores
de reducción.
Carga de tracción
Se aplica una carga de tracción
directamente en línea con el eje
del anclaje.
Carga de corte
Una carga de corte se aplica
de manera perpendicular a través
del anclaje y directamente sobre
la superficie del material de base.
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Nu
Nn
Vu
+
Vn
( ) ( )
≤
1
O BIEN
Nu 3 Vu
+
Nn
Vn
( ) ( )
5
3
≤
1
[Ecuaciones de rectas y de interacción parabólica]
Donde: Nu = carga de tracción de servicio aplicada
Nn = carga de tracción permisible
Vu = carga de corte de servicio aplicada
Vn = carga de corte permisible
o proporcionada según se indica a continuación en base al diseño
de resistencia:
N
( fN
) + (fVV )
ua
ua
n
n
≤
1.2
Donde: Nua = carga de tracción factorizada aplicada
a un anclaje o grupo de anclajes
Nn = resistencia nominal de tracción
Vua = carga de corte factorizada aplicada
a un anclaje o grupo de anclajes
Vn = resistencia nominal en corte
Carga de flexión
Un resultado a menudo pasado por alto de la carga estática es la
flexión. Suele ser necesario colocar cuñas o espaciadores entre el
montaje de sujeción y el material para la alineación o nivelación.
Cuando esto sucede, suele ser la resistencia del material del anclaje
o del perno la que determina la capacidad de la conexión. La carga
se aplica a una distancia de la superficie del material de base y hace
palanca sobre el anclaje. Los ejemplos típicos de este tipo de carga son
la instalación de ventanas con cuñas plásticas en forma de herradura, o
de máquinas con cuñas debajo de la placa base. En este tipo de cargas,
suele ser la resistencia física del material del anclaje, no las resistencias
de corte y tracción, la que limita la resistencia del anclaje.
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
11
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
CARGAS APLICADAS (continuación)
La carga de flexión permisible debería
ser calculada por un profesional del
diseño según el material con que
esté fabricado el anclaje. Para
los materiales de concreto o
mampostería, debería ampliarse el brazo de flexión utilizado en
el cálculo para permitir los desprendimientos alrededor de la parte
superior del orificio del anclaje, aproximadamente entre 1/2 y 1
del diámetro del anclaje.
Cargas dinámicas y de impacto
Cargas dinámicas
Las cargas dinámicas son
intermitentes y variables, como
las impuestas por las unidades
de acondicionamiento de aire,
las maquinarias de fabricación o
los terremotos. Normalmente son las
cargas alternadas o intermitentes asociadas con la vibración.
Cargas de impacto
Las cargas de impacto son instantáneas
y periódicas, con alta intensidad, como
las aplicadas por un automóvil que
golpea el soporte de una valla de
seguridad, o un camión que golpea
el parachoques de una dársena. Las
prácticas estándar en la industria respecto de los factores de seguridad
varían según la frecuencia y la intensidad de la carga. Sin embargo,
los factores de seguridad para las condiciones de cargas dinámicas
o de impacto pueden ser de 10:1 o mayores. La determinación del
factor de seguridad adecuado deberá estar a cargo del profesional
de diseño a cargo de la instalación del producto real.
COMPORTAMIENTO DEL ANCLAJE
La selección y la especificación de un anclaje requieren la comprensión
del comportamiento o del desempeño básicos de los anclajes. Según
el tipo o estilo del anclaje, pueden esperarse diversos atributos de
desempeño.
Desplazamiento
Cuando se carga un anclaje hasta su capacidad de carga última
(de falla), se moverá o desplazará el anclaje respecto del material de
base. El desplazamiento se verá afectado por la precarga del anclaje,
la resistencia del material del anclaje, el diseño del mecanismo de
expansión, y la resistencia del material de base. En el diagrama siguiente
se muestran las curvas típicas de carga vs. desplazamiento para tres tipos
de anclaje.
Modos de falla
Cuando se carga un anclaje hasta su capacidad última, pueden ocurrir
los siguientes modos de falla.
Extracción del anclaje
Este tipo de falla se da cuando la carga aplicada es mayor que la fuerza de
compresión o la fricción desarrollada entre el cuerpo del anclaje y el material de
base. El anclaje es incapaz de transferir completamente la carga para desarrollar
la resistencia del material de base. En los anclajes adhesivos, esto puede ocurrir
con productos que tengan una resistencia adhesiva baja o que hayan sido
instalados en orificios mal preparados para el anclaje.
Carga
1
2
3
Desplazamiento
La curva 1 muestra el desempeño típico de un anclaje de tipo adhesivo. Estos
anclajes suelen exhibir un comportamiento elástico hasta que se alcanza su
capacidad de carga última. El desempeño variará según el tipo de adhesivo
utilizado, la resistencia del material de base, y la resistencia de la varilla de anclaje.
Un anclaje con deformación controlada, como el anclaje de rosca interna, también
puede exhibir este tipo de comportamiento, aunque la capacidad de carga última
será habitualmente mucho menor que la de un anclaje adhesivo. La fuerza de
compresión desarrollada por un anclaje de rosca interna habitualmente es muy
elevada respecto de los anclajes controlados por apriete, y da como resultado
características de bajo desplazamiento.
Falla del material de base
Cuando la carga aplicada es mayor que la resistencia del material de base,
el material cede o falla. En el concreto, saldrá un prisma o cono de corte,
habitualmente en el caso de los anclajes instalados con poca profundidad.
Se supone un ángulo del prisma o cono de corte de 35-45°, sin embargo,
esto puede variar ligeramente según el estilo del anclaje y la profundidad
del empotramiento.
Cuando el empotramiento de algunos
anclajes se aumenta hasta seis diámetros o
más, el concreto puede resistir la fuerza de
compresión aplicada y la capacidad de carga
del anclaje aumentará hasta un punto en el
que se alcanzará la capacidad del mecanismo de expansión o la del
adhesivo. En la mampostería, parte de la unidad individual puede salirse
de la pared, especialmente cuando la resistencia de la argamasa es baja.
El desempeño típico de un anclaje controlado por apriete se muestra en la curva 2.
El desplazamiento comienza después de que se supera la precarga inicial en
el anclaje y hasta alcanzar la capacidad de carga última.
Los anclajes para aplicaciones livianas a menudo exhiben el comportamiento
que se muestra en la curva 3. Una vez que se ha excedido la carga de trabajo,
el anclaje comienza a desplazarse o estirarse hasta que falla.
12
www.powers.com
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
COMPORTAMIENTO DEL ANCLAJE (continuación)
Falla de espaciamiento o borde
La distancia de espaciamiento y a los bordes
de los anclajes instalados afectará el modo
de falla junto con la capacidad de carga
última resultante. Los anclajes con poca
separación entre sí tendrán una influencia
compuesta sobre el material de base, que
dará como resultado menores capacidades individuales de carga última.
Los anclajes instalados cerca de un borde sin soporte verán afectada su
capacidad de carga tanto por la dirección de la carga como por la distancia
al borde. Cuando se aplique una carga, ocurrirá una falla tipo de cono de
concreto. Esto puede deberse a las fuerzas de compresión generadas por
el mecanismo de expansión o a la resistencia causada por la carga aplicada.
Agrietamiento del material de base
Las unidades de concreto y de mampostería
deben tener el tamaño suficiente para evitar
las rajaduras o el agrietamiento durante la
instalación de los anclajes y a medida que
se aplica a la carga. Las dimensiones críticas
incluyen el grosor y el ancho del material
de base.
Precarga y apriete de los anclajes
La precarga de los anclajes se desarrolla por la acción de fijación en un
anclaje con desplazamiento controlado, o por el ajustamiento de un perno o
una tuerca en un anclaje controlado por apriete. Cuando se aplica una carga
a un anclaje, no ocurrirá un desplazamiento significativo hasta que se supere
su precarga. El nivel de precarga habitualmente no tiene efectos sobre
la capacidad de carga última siempre que el anclaje esté colocado
correctamente. Al ajustar un anclaje controlado por apriete con una
determinada cantidad de vueltas o a un nivel específico de apriete, se
precarga inicialmente el anclaje. Esta acción reducirá el desplazamiento
total del anclaje y por lo general garantizará que ocurra un comportamiento
elástico dentro del intervalo de carga de trabajo (pero no debería contarse
con ello cuando es posible un resquebrajamiento del concreto, p. ej.,
durante un evento sísmico). También se puede aplicar una precarga para
lograr una fuerza de sujeción entre el montaje de sujeción y el material
de base. El diagrama a continuación muestra el efecto de la precarga sobre
las características de desempeño de dos anclajes de muestra tipo cuña.
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Carga
1
Carga
última
Anclaje precargado
2
Anclaje no precargado
Carga de
trabajo
Desplazamiento
Efectos de la precarga sobre el desempeño de los anclajes
En la curva 1 el anclaje ajustado no experimenta un desplazamiento
significativo hasta que se supera ampliamente la carga de trabajo. La curva 2
muestra el desempeño del anclaje sin ajustar, que experimenta un marcado
desplazamiento dentro del intervalo de la carga de trabajo.
Relajación de la precarga
En el concreto, los anclajes precargados por ajuste o aplicación de tensión
de apriete en la instalación experimentarán un fenómeno llamado relajación
de a precarga. Esto también ocurrirá en los materiales de base de mampostería.
En una instalación típica de anclaje mecánico, se transmite mucho esfuerzo de
carga al material de base de concreto alrededor del mecanismo de expansión
del anclaje a medida que se lo precarga. Estos fuertes esfuerzos de carga
provocan que el concreto se deforme en la zona del mecanismo de expansión,
lo que da como resultado un ligero movimiento del anclaje. Este ligero
movimiento genera una reducción de la precarga y una correspondiente
disminución en el apriete medido. La experiencia de la industria ha demostrado
que se puede prever una reducción de la precarga del orden del 40 % al 60 %
en concreto de peso normal. Esto variará según el módulo de elasticidad del
concreto. La precarga final habitualmente es de entre 1.5 a 2.0 veces la carga
de trabajo cuando se utiliza un factor de seguridad de 4. La relajación típica de
la carga se muestra el siguiente diagrama.
Precarga
Porcentaje del valor inicial
Falla del material del anclaje
Tendrá lugar una falla en el cuerpo o
en la varilla del anclaje cuando la carga
aplicada exceda la resistencia del material
con que está fabricado el anclaje. En el
caso de los anclajes mecánicos, esto suele suceder en los anclajes
empotrados con suficiente profundidad como para desarrollar la resistencia
completa del mecanismo de expansión y del material de base. En los anclajes
adhesivos, esto sucederá cuando el material de base y la resistencia de
adherencia del adhesivo sea mayor que la resistencia de la varilla del anclaje.
100
80
60
40
20
5
10
15
20
Tiempo (días)
Relajación típica de la precarga
La relajación comienza en forma inmediata después del ajuste. La mayor parte
de la relajación tiene lugar durante las primeras horas después de la instalación.
Por ejemplo, en una aplicación donde se aplica un apriete de 60 joule en la
instalación, una disminución en el apriete medido 24 horas más tarde a un
nivel de 30 joule debido a la relajación de la precarga se considera normal.
Volver a apretar los anclajes puede aumentar ligeramente el valor final de
la precarga, sin embargo esto no se recomienda, ya que los ajustes reiterados
pueden empujar eventualmente el anclaje fuera del material de base,
en especial cuando se trata de anclajes de expansión y las elevadas fuerzas
de compresión desarrolladas por el mecanismo de expansión pueden causar
fallas localizadas en el concreto.
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
13
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
COMPORTAMIENTO DEL ANCLAJE (continuación)
Comportamiento a largo plazo
Es posible que haya que considerar varias influencias adicionales para
el comportamiento adecuado a largo plazo de los sistemas de anclaje o
fijación. Estas importantes consideraciones incluyen, sin limitarse a ellos,
los efectos del estado del concreto (fisurado o no fisurado), las cargas por
terremotos, la fatiga, los efectos del congelamiento y descongelamiento,
las cargas sostenidas (es decir, la deformación), las temperaturas elevadas,
el fuego, la corrosión, o la resistencia química. Por ejemplo, la oferta actual
de sistemas de anclaje adhesivo de Powers ha sido probada en forma
independiente y se determinó que cumple los requisitos de deformación de las
normas ICC-ES AC308 y AC58, o los supera. Podrá encontrar la información
específica para cada producto en las secciones correspondientes.
SELECCIÓN DEL MATERIAL DE LOS ANCLAJES
Por lo general, el material con que se fabrican los anclajes es capaz de soportar
las cargas de tracción y de corte publicadas. Sin embargo, deben controlarse
otras condiciones, como las cargas de flexión. En cierta situaciones de carga,
la resistencia del material puede ser el eslabón más débil. Los pernos u otros
materiales utilizados junto con los anclajes deben ser capaces de soportar la
carga aplicada y se los debe instalar con el acoplamiento mínimo de la rosca
recomendado. Como referencia, las propiedades mecánicas mínimas esperadas
del acero al carbono y del acero inoxidable se indican en diversas normas. Las
normas típicas utilizadas son para las partes roscadas externas según lo indican
la Sociedad de Ingenieros Automotrices (Society of Automotive Engineers,
SAE), el Instituto Estadounidense del Hierro y el Acero (American Iron and
Steel Institute, AISI), o la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales
(American Society for Testing and Materials, ASTM). Las variaciones en la
resistencia tendrán lugar debido a los tratamientos con calor, el endurecimiento
por deformación, o el forjado en frío. Consulte cada norma para obtener
más detalles.
Resistencia permisible del acero
En algunos casos puede ser deseable calcular la resistencia permisible del
acero para un perno o la varilla de anclaje roscada. Un método para calcular la
resistencia permisible del acero se basa en los esfuerzos indicados en el Manual
de construcción con acero, diseño por esfuerzos permisibles (Manual of Steel
Construction, Allowable Stress Design) del Instituto Estadounidense de
Construcción con Acero (American Institute of Steel Construction, AISC).
Con este método, el esfuerzo de tracción permisible, Ft , y el esfuerzo
de corte permisible, Fv, se calculan de la siguiente manera:
Ft = 0.33 x Fu
Fv = 0.17 x Fu
Donde Fu = resistencia de tracción última mínima especificada para el acero.
Este esfuerzo después se aplica a la superficie bruta nominal de la sección
roscada para calcular la carga en libras.
Además de la capacidad de carga del material, los anclajes deben fabricarse
con materiales compatibles con su uso previsto. Por ejemplo, los anclajes
fabricados con materiales con puntos de fusión por debajo de los 1000 °F
no se recomiendan habitualmente para instalaciones desde el techo debido
a las consideraciones para incendios, a menos que se hayan efectuado
pruebas específicas de clasificación de resistencia al fuego. Es posible
que sean necesarios materiales especiales para los entornos corrosivos
y las reacciones galvánicas.
Certificaciones de los materiales
Powers proporciona los siguientes tipos de certificación para los productos
cuando el usuario los solicita.
Certificado de cumplimiento
Este tipo de certificación, a veces denominado Certificado de conformidad,
indica los materiales y recubrimientos utilizados en la fabricación de un
producto y hace referencia a las especificaciones pertinentes
o a listados como los de AISI, ASTM, SAE, UL, FM Global, o ICC-ES.
Se describen todos los componentes principales, incluidas tuercas y
arandelas. Este es el tipo de certificación habitualmente más solicitado.
Puede solicitar un Certificado de cumplimiento para cualquiera de los
productos de Powers al Departamento de Atención al Cliente.
Aceros certificados
Para los anclajes de acero, puede solicitar la documentación de aceros
certificados. Los aceros certificados permiten la trazabilidad completa de
los productos terminados hasta el lote original de materia prima a partir
del cual fueron producidos. Generalmente se incluyen la capacidad térmica,
la identificación del material, el análisis químico y las propiedades físicas.
Para producir piezas de acero certificado, la materia prima debe ser
identificada al comienzo del proceso de fabricación. Powers ofrece este
tipo de servicio, sin embargo, esas certificaciones habitualmente solo
pueden proporcionarse para pedidos especiales.
Puede solicitar una cotización con el precio y el plazo de entrega para
cualquier producto que requiera acero certificado a través de su sucursal
de Powers más próxima. Determinados proyectos en Estados Unidos
especifican que los componentes de acero instalados deben ser fabricados
con materia prima de acero fundido, laminado, cableado, etc., en los
EE. UU. Las condiciones de mercado al momento de la fabricación de
cada tipo de anclaje y sus componentes determinarán el origen de la
materia prima. Habitualmente no es posible certificar el origen de la
materia prima utilizada para la fabricación de los anclajes que ya se
encuentran almacenados o son vendidos por los distribuidores autorizados
de Powers. Es necesaria una cotización de pedido especial para fabricar
anclajes con acero 100 % estadounidense. Existen requisitos de
cantidades mínimas, y deben esperarse tiempos mínimos de
demora de varias semanas.
Powers se reserva el derecho utilizar en los anclajes materiales alternativos
con desempeño similar según los requisitos de producción.
14
www.powers.com
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
CRITERIOS DE INSTALACIÓN
Como con todos los componentes de construcción, una vez que se ha
diseñado y seleccionado adecuadamente el anclaje, su instalación adecuada
es clave para una aplicación exitosa.
Perforación de los orificios
La perforación adecuada de los orificios es un factor crítico, tanto para la
facilidad de instalación como para el desempeño óptimo del anclaje. Los
anclajes seleccionados y las brocas correspondientes deben especificarse como
parte del sistema total de anclajes. La mayoría de los anclajes de Powers han
sido diseñados para su instalación en orificios perforados con brocas con
puntas de carburo según la norma B212.15 del Instituto Nacional
Estadounidense de Normas (American National Standards Institute, ANSI),
a menos que se especifique lo contrario. Si se utilizan brocas alternativas, la
tolerancia de la puntas debe encontrarse dentro de los intervalos especificados
por el ANSI, a menos que se autorice lo contrario. La siguiente tabla indica el
diámetro nominal de broca y el intervalo de tolerancia establecido por el ANSI
para las puntas de carburo.
Broca
nominal
1/8 in
5/32 in
11/64 in
3/16 in
7/32 in
1/4 in
9/32 in
5/16 in
3/8 in
7/16 in
1/2 in
9/16 in
5/8 in
Norma
ANSI
0.134-0.140 in
0.165-0.171 in
0.181-0.187 in
0.198-0.206 in
0.229-0.237 in
0.260-0.268 in
0.296-0.304 in
0.327-0.335 in
0.390-0.398 in
0.458-0.468 in
0.520-0.530 in
0.582-0.592 in
0.650-0.660 in
Broca
nominal
11/16 in
3/4 in
27/32 in
7/8 in
15/16 in
1 in
1-1/8 in
1-1/4 in
1-3/8 in
1-1/2 in
1-5/8 in
1-3/4 in
2 in
Norma
ANSI
0.713-0.723 in
0.775-0.787 in
0.869-0.881 in
0.905-0.917 in
0.968-0.980 in
1.030-1.042 in
1.160-1.175 in
1.285-1.300 in
1.410-1.425 in
1.535-1.550 in
1.655-1.675 in
1.772-1.792 in
2.008-2.028 in
Cuando se perfora un orificio para los anclajes con brocas con punta de
carburo, el rotomartillo o martillo perforador utilizado transfiere la energía
de los impactos a la broca, que perfora principalmente a través de una
acción de cincelado. Esta acción produce un orificio para el anclaje con
paredes ásperas. Los anclajes mecánicos no deben instalarse en orificios
perforados con brocas tubulares con punta de diamante, a menos que
se hayan efectuado pruebas para verificar su desempeño. También deben
probarse los anclajes adhesivos. Las brocas con punta de diamante hacen
perforaciones con paredes muy lisas, que pueden causar que algunos
anclajes resbalen y fallen prematuramente. Por lo general, se deben
limpiar y raspar las paredes lisas para que queden más ásperas.
Durante la perforación, deben controlarse las brocas para garantizar que el
desgaste de la punta de carburo no supere los siguientes límites y asegurar el
funcionamiento adecuado de los anclajes. Esto es particularmente importante
cuando se utilizan anclajes mecánicos (incluidos los anclajes de tornillo).
Por lo general, los anclajes mecánicos se pueden instalar en perforaciones
efectuadas con brocas desgastadas dentro del intervalo aceptable.
Esto depende del material de base, por lo que la información debe
considerarse orientativa.
Broca
nominal
3/16 in
1/4 in
5/16 in
3/8 in
1/2 in
Desgaste
inferior
0.190 in
0.252 in
0.319 in
0.381 in
0.510 in
Broca
nominal
5/8 in
3/4 in
7/8 in
1 in
1-1/4 in
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Desgaste
inferior
0.639 in
0.764 in
0.897 in
1.022 in
1.270 in
Las perforaciones para anclajes deben tener la profundidad adecuada,
que depende del estilo del anclaje. Las profundidades de perforación
recomendadas se indican en las instrucciones de instalación de cada
producto. Cuando se instala un anclaje con un solo paso de instalación,
como los anclajes tipo cuña, el mecanismo de expansión raspa las paredes
del orificio del anclaje. Este raspado empuja las partículas de polvo de
concreto a medida que avanza el anclaje. Cuando se usa este estilo de
anclajes, la profundidad recomendada de la perforación incluye espacio
donde pueda asentarse el polvo durante la instalación. Las perforaciones
para los anclajes deben limpiarse cuidadosamente antes de la instalación,
a menos que se indique lo contrario.
Este procedimiento es fácil de realizar con aire comprimido o una aspiradora.
Deben quitarse el polvo y demás residuos del orificio para permitir que el
anclaje se instale con el empotramiento requerido y garantizar que
el mecanismo de expansión pueda accionarse adecuadamente. Tenga
especial cuidado al usar adhesivos. Debe limpiar cuidadosamente los
orificios perforados, cepillando y sopleteando el orificio del anclaje con
equipos adecuados para garantizar una correcta adherencia. Consulte
la información específica de cada producto para instalaciones en
entornos húmedos o sumergidos.
Alineación de los anclajes
Los anclajes deben instalarse de manera perpendicular a la superficie del
material de base. En la industria se permite generalmente una desviación
de +/- 6° de la perpendicular. Si se instalan anclajes fuera de estos límites,
puede resultar necesario realizar cálculos para garantizar la ausencia de
cargas de flexión. Pueden ser necesarias pruebas en el sitio para determinar
las capacidades de carga reales si los anclajes no se instalan en forma
perpendicular a la superficie del material de base.
Orificios de paso
Los anclajes Powers han sido diseñados para su instalación en orificios
perforados en materiales de base de concreto y de mampostería con
brocas de punta de carburo según los requisitos de la norma ANSI B212.15
mencionados en la sección anterior, a menos que se indique lo contrario.
El diámetro real de los orificios perforados en el material de base con brocas
de punta de carburo según la norma ANSI es mayor que el diámetro
nominal. Por ejemplo, un diámetro nominal de 1/2 in tiene un diámetro
externo de 0.520 in a 0.530 in. Cuando seleccione el diámetro del orificio
que se preperforará en un montaje de sujeción, el diámetro de orificio
seleccionado debe permitir la correcta instalación del anclaje.
Para instalaciones de montajes de sujeción pasantes es necesario preperforar
o punzar en los montajes de sujeción un orificio de paso mínimo lo
suficientemente grande para permitir el paso de la broca con punta
de carburo y del anclaje.
Los anclajes con expansión mecánica de instalación en un paso requieren
una perforación previa en el montaje de sujeción que sea suficientemente
grande para que pase el mecanismo de expansión. Normalmente, para
anclajes con expansión mecánica de hasta 7/8 in, el orificio de paso mínimo
debe tener 1/16 in más de diámetro que el anclaje. Para tamaños de 1 in
y más, el orificio de paso mínimo debe tener el diámetro del anclaje más
1/8 in. Este orificio de paso debe ajustarse para tener en cuenta los
revestimientos aplicados al montaje de sujeción.
Como en todas las aplicaciones, el profesional de diseño responsable de la
instalación debe determinar el orificio de paso según el anclaje seleccionado
y los requisitos pertinentes del código.
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
15
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
CRITERIOS DE INSTALACIÓN (continuación)
Perforaciones sobredimensionadas
A menos que se indique lo contrario, los valores de desempeño de
los sistemas de anclajes adhesivos de Powers se basan en pruebas de
anclajes instalados en perforaciones con brocas con punta de carburo,
típicamente 1/16 in o 1/8 in mayores que el diámetro nominal del
elemento del anclaje de acero (consulte la información específica en
las secciones de cada producto). Algunos casos pueden justificar que
las perforaciones tengan un tamaño mayor (p. ej., debido a cuestiones
de colocación o ajustes constructivos). Si bien las perforaciones de
mayor tamaño pueden estar justificadas por la aplicación y la situación,
pueden afectar el desempeño. Se recomienda efectuar pruebas en el
sitio cuando se considere implementarlas.
Como con todas las aplicaciones, el profesional de diseño responsable
de la instalación debe determinar el orificio de paso según el anclaje
seleccionado y los requisitos pertinentes del código.
Nota: No se recomienda instalar anclajes mecánicos en perforaciones
sobredimensionadas.
Par de apriete de instalación
Ciertos estilos de anclaje, a veces denominados anclajes controlados por
apriete, son accionados mediante el ajuste de un perno o una tuerca.
Para las instalaciones típicas en terreno, especialmente cuando no es
práctico medir el par de apriete, el mecanismo habitualmente sugerido
para esos anclajes es aplicar entre 3 y 5 vueltas a la cabeza del perno
o la tuerca después de ajustarlos a mano, o dentro del rango máximo
de par de apriete indicado como guía. Habitualmente esto suficiente
para la expansión inicial de los anclajes y constituye la práctica estándar
en la industria. En algunos casos puede ser deseable especificar el par
de apriete de instalación para los anclajes.
Las características friccionales que rigen la relación entre el par de apriete
y la tracción en los anclajes variarán según el tipo de anclaje y el material
de base. Otros factores que pueden afectar la relación son los efectos de
los recubrimientos o las capas de los montajes de sujeción, la lubricación
de los componentes del anclaje por el uso de selladores alrededor del
orificio del anclaje, y el material del anclaje. Powers publica valores de
par de apriete como guía para los anclajes accionados por el ajuste de
pernos o tuercas. Estos valores se basan en instalaciones estándar de
los productos y, con excepción de los anclajes de expansión controlados
por par de apriete con valores específicos basados en pruebas, deberían
usarse como guía, ya que el desempeño puede variar según la aplicación.
Para otros tipos de anclajes, como los anclajes adhesivos, pueden
publicarse pares de apriete máximos como guía para evitar la sobrecarga
cuando se aplica una fuerza de sujeción a un montaje de sujeción.
Es posible que haya que reducir estos valores para instalaciones en
materiales de mampostería. El intervalo de valores de par de apriete
permisibles también se indica en las secciones de los productos.
16
www.powers.com
Temperatura
La temperatura de instalación del producto y del material de base puede
repercutir sobre el desempeño de los anclajes adhesivos. El producto
seleccionado debe ser adecuado para la aplicación y las condiciones
de instalación. Para obtener los mejores resultados, se recomienda
que el producto se prepare e instale según las instrucciones publicadas.
Para las temperaturas de servicio y los efectos de congelamiento y
descongelamiento, consulte la información provista en las secciones
específicas de cada producto.
Nota: Cuando se instalan anclajes adhesivos en concreto dentro de los
parámetros de congelamiento, pueden formarse hielo o escarcha en las
paredes del orificio del anclaje. Si esto ocurre, los adhesivos de inyección
podrían no adherirse adecuadamente a las paredes del orificio del
anclaje. Los sistemas giratorios de cápsulas que raspan las paredes
del orificio del anclaje durante la instalación son menos sensibles a este
problema. Por lo general no debe usarse un soplete, ya que carburiza
el concreto de las paredes del orificio del anclaje y genera un polvo
residual. Se recomiendan pruebas en el sitio cuando se utiliza un
soplete para secar el orificio del anclaje.
Par de apriete de prueba
Para establecer valores específicos de para de apriete para las aplicaciones
se recomienda efectuar pruebas en el sitio. Un procedimiento típico
incluye lo siguiente: Instalar el anclaje replicando la aplicación real.
Con una llave de torsión, aplicar la cantidad recomendada de vueltas
completas después del ajuste a mano. La cantidad de vueltas puede variar
según la resistencia del material de base. Al finalizar la última vuelta,
registre el par de apriete que indica la llave. Esto debería realizarse
sobre una muestra mínima de 5 anclajes para obtener un promedio de los
resultados y establecer un intervalo de pares de apriete para la instalación.
El profesional de diseño responsable de la instalación deberá tomar las
precauciones necesarias para considerar la resistencia del material y la
composición del anclaje para que las pruebas no dañen el anclaje ni
causen daños indebidos en el sitio de la prueba.
Si ocurren fallas de los anclajes durante esta prueba en el sitio, los
valores promedio de los pares de apriete últimos deben compararse
con las recomendaciones publicadas y se debe aplicar un factor de
seguridad adecuado (habitualmente de entre 2 y 2.5) sujeto a la
aprobación del profesional de diseño o de la autoridad responsable,
según corresponda.
Si se inspeccionarán con una llave de par de apriete los anclajes
ya instalados, tenga en cuenta que los anclajes experimentan una
relajación de precarga que comienza inmediatamente luego del ajuste,
debido a la deformación en el concreto o el material de mampostería.
Este fenómeno se analiza en una sección anterior. El valor del par de
apriete medido después de la instalación habitualmente corresponde
al 50 % del aplicado inicialmente para fijar el anclaje.
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
RECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO
Capacidades de carga permisible (ASD)
La carga permisible aplicable a un anclaje se calcula mediante la aplicación
un factor de seguridad a la capacidad de carga última promedio obtenida
en las pruebas. Un propósito del factor de seguridad es permitir las
variaciones en terreno que pueden diferir de las condiciones de prueba en
laboratorio. Algunos ejemplos de estas variaciones incluyen diferencias en
el tipo y la resistencia del material de base, el método de instalación
utilizado, y factores de desempeño a largo plazo. La industria ha
establecido como norma la reducción de la capacidad de carga última por
un factor de seguridad mínimo de 4 o 5 (o mayor), según el tipo de
material de base y el código de edificación correspondiente para calcular la
carga de servicio permisible. Por ejemplo, un anclaje con una capacidad de
carga última de tracción promedio de 12 000 lb en concreto de peso
normal macizo tendrá un anclaje con una carga de servicio permisible
máxima de 3000 lb. Las aplicaciones críticas, como las instalaciones desde
el techo o las cargas dinámicas, pueden requerir factores de seguridad más
elevados. De todas formas, las cargas permisibles son recomendaciones, y
debe consultar los códigos locales de edificación para determinar los
factores de seguridad requeridos. Para los anclajes adhesivos, los intervalos
de par de apriete máximo se publican junto con las tablas de capacidad de
carga para cada sistema de anclajes adhesivos. Deben considerarse tanto la
resistencia del adhesivo como la del perno de acero del anclaje. Como en
todas las aplicaciones, los factores de seguridad reales y las capacidades de
carga de diseño que se utilizan deben ser revisados y verificados por un
profesional de diseño responsable de la instalación del producto real.
Profundidad de empotramiento
La profundidad de empotramiento publicada para cada anclaje en las
tablas de capacidad de carga es crítica para alcanzar las capacidades de
carga esperadas. Esta profundidad se mide desde la superficie del material
de base hasta la parte inferior del anclaje. Para los anclajes de expansión
mecánica, esta será la profundidad medida hasta la parte inferior del
anclaje antes del accionamiento. Para cada tipo de anclaje se especifica
una profundidad de empotramiento mínima. Esta profundidad
habitualmente es la mínima necesaria para la instalación adecuada del
anclaje y su funcionamiento confiable. Intentar instalar un anclaje a una
profundidad menor que la mínima puede generar esfuerzos excesivos
para el material de base y provocar su falla cuando se expande el anclaje.
En algunos materiales de mampostería, la profundidad mínima puede
reducirse según el estilo del anclaje, como se indica en las tablas de carga.
Como se indicó anteriormente, la capacidad de carga de algunos tipos
de anclaje aumentará a mayores profundidades de empotramiento. Para
los anclajes con este comportamiento, se indican múltiples profundidades
de empotramiento y sus correspondientes capacidades de carga. A medida
que aumenta la profundidad de empotramiento, también lo hará la
capacidad de carga hasta un punto de transición. Este punto habitualmente
es la profundidad máxima de empotramiento indicada. En este punto, los
anclajes mecánicos pueden experimentar fallas de material o fallas
localizadas en el material de base alrededor del mecanismo de expansión.
Los anclajes de tipo adhesivo pueden alcanzar el límite de adherencia, el
del material de la varilla del anclaje, o el del material de base. El siguiente
diagrama muestra el desempeño típico de un anclaje mecánico instalado
en concreto.
A la profundidad mínima de empotramiento, el modo de falla en la
capacidad de carga última típicamente es un cono de corte de concreto.
A medida que aumenta la profundidad de empotramiento del anclaje,
también aumenta el tamaño del cono de corte de concreto teórico, lo
que brinda una mayor capacidad de carga. Cuando la profundidad del
empotramiento se acerca al punto 2, el modo de falla cambia de un
cono de corte de concreto a una falla localizada alrededor del mecanismo
de expansión. Pasado este punto, pueden esperarse aumentos marginales
en la capacidad de carga hasta que se alcanza la capacidad del mecanismo
de expansión o del material del anclaje a las profundidades de
empotramiento correspondientes al punto 3. La capacidad de carga no
aumentará significativamente para los anclajes instalados a profundidades
de empotramiento superiores a este punto. Este punto habitualmente es el
empotramiento más profundo indicado en las tablas de capacidad de carga
de los anclajes, y es el máximo recomendado. Las aplicaciones que requieren
empotramientos más profundos que los publicados deberán probarse para
verificar el adecuado desempeño de los anclajes. Para las aplicaciones que
requieren una instalación con profundidades de empotramiento entre las
publicadas, se permite una interpolación lineal.
Resistencia del material de base
Según se analizó anteriormente, la resistencia de los materiales de base
en los que pueden instalarse los anclajes varía ampliamente y constituye
un factor clave para el desempeño de los anclajes. Powers publica las
capacidades de carga última promedio para los anclajes instalados en
unidades de concreto y mampostería, junto con otros materiales de
base adecuados según el producto. Para las instalaciones en concreto, la
capacidad de carga de los anclajes suele aumentar junto con la resistencia
de compresión. La mayoría de las capacidades de carga para los anclajes
instalados en concreto se publican para diversas resistencias de compresión
mínimas de entre 2000 y 8000 psi. Se permite la interpolación lineal de
los datos para resistencias de compresión intermedias. En el caso de los
materiales de base de unidades de mampostería, las capacidades de carga
publicadas deben tomarse como guía, ya que la consistencia de esos
materiales varía ampliamente. Se recomienda efectuar pruebas en el
sitio de trabajo para las aplicaciones críticas en estos materiales.
Grosor del material de base
El grosor mínimo recomendado para materiales de base macizos de
concreto o mampostería, h, cuando se usa un anclaje mecánico o adhesivo,
habitualmente es el 150 % del empotramiento que se usará, a menos que
se indique lo contrario. Por ejemplo, cuando se instala un anclaje a 4 in de
profundidad, el material de base debe tener al menos 6 in de grosor. A su
vez, el empotramiento máximo debe ser dos tercios del grosor del material
de base. Si una losa de concreto tiene 12 in de grosor, 8 in será la
profundidad máxima recomendada para el empotramiento del anclaje.
Esto no se aplica a los productos diseñados para instalaciones en
materiales de base huecos, como se indica en las secciones de cada anclaje.
d
h
3
Carga de tracción
2
s
Sin aumento
significativo
de la carga
Aumento
marginal de la carga
1
Empotramiento mínimo
s
s
s
c
d = Tamaño del anclaje
s = Espaciamiento
c = Distancia al borde
h = Grosor del material de base
c
Profundidad de empotramiento
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
17
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
RECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO (continuación)
Anclajes para diseños antisísmicos
Para una instalación en concreto de 6000 psi se obtiene la siguiente
El diseño antisísmico basado en los códigos de edificación exige que
las estructuras edificadas resistan los efectos del movimiento del suelo
inducido por un terremoto. Cada estructura corresponde a una
categoría o zona de diseño sísmico según la ubicación del edificio
indicada en los códigos de edificación.
El diseño antisísmico es complejo, ya que considera muchos factores
que inciden, como la geología del sitio y las características del suelo,
las categorías de ocupación edilicia, la configuración del edificio,
los sistemas estructurales y las fuerzas laterales. Las fuerzas laterales
son críticas, ya que los terremotos tienden a sacudir la estructura de
los edificios horizontalmente.
Los anclajes para cargas sísmicas no recibirán su carga completa hasta
que ocurra un terremoto. Se han desarrollado métodos de prueba para
brindar criterios de evaluación del desempeño de los anclajes adhesivos
y mecánicos cuando se los expone a cargas sísmicas simuladas. Los
anclajes son expuestos a un ciclo de cargas sísmicas simuladas. Los anclajes
se prueban en corte y se los somete a aplicaciones alternadas de carga.
Los criterios que deben usarse como condiciones de aceptación se basan
en las pruebas realizadas según los Criterios de aceptación de ASTM
e ICC-ES, incluida la cualificación sísmica de diversos productos de
anclaje. Consulte la sección correspondiente a cada producto para
obtener más información.
Ejemplo de diseño por esfuerzos permisibles (ASD)
El siguiente ejemplo se proporciona como referencia para familiarizar
al diseñador con el uso de los factores de reducción por espaciamiento
y distancia a los bordes. En esta aplicación se fijará un ángulo de acero
a una estructura premoldeada de 6000 psi para reforzar las conexiones
a la columna y la viga existentes como se muestra en el siguiente
diagrama. El diseñador ha calculado previamente las cargas de servicio
y prefiere usar 4 anclajes. Según los cálculos, las cargas de servicio
necesarias para un anclaje en la ubicación n.° 1 serían 1500 lb de
tracción y 2000 lb de corte. Se ha elegido el anclaje Wedge-Bolt+
por su acabado.
información de la tabla de capacidades de carga del anclaje WedgeBolt+ de acero al carbono.
Diámetro del anclaje: 3/4 in
Profundidad del empotramiento: 5 in
Carga de tracción permisible máxima: 4850 lb
Carga de corte permisible máxima: 5425 lb
Los factores de espaciamiento y distancia a los bordes se aplicarían de
la siguiente manera. Para el anclaje n.° 1, las reducciones que deberían
aplicarse son por la influencia del espaciamiento con el anclaje n.° 4
y dos influencias por distancia a los bordes (6 in horizontales y 7-1/2 in
verticales). Consulte las tablas de factores de ajuste de carga para
concreto de peso normal en la sección de productos de este
manual para obtener los factores de reducción aplicables.
Carga de tracción permisible
Para el espaciamiento de 6 in, FNS = 0.75 (tomado de la tabla
de espaciamiento para tracción).
Para la distancia al borde de 6 in, FNC = 1.00 (tomado de la tabla
de distancia al borde para tracción).
Para la distancia al borde de 7-1/2 in, FNC = 1.00 (tomado de la tabla
de distancia al borde para tracción).
La carga de tracción permisible basada en los factores de reducción
se calcula de la siguiente manera:
Carga permisible = 4850 x 0.75 x 1.00 x 1.00 = 3635 lb
Carga de corte permisible
Para el espaciamiento de 6 in, FVS = 0.88 (tomado de la tabla
de espaciamiento para tracción).
Para la distancia al borde de 6 in, FVC = 0.62 (tomado de la tabla
de distancia al borde para tracción).
Para la distancia al borde de 7-1/2 in, FVC = 0.81 (tomado de la tabla
de distancia al borde para tracción).
La carga de tracción permisible basada en los factores de reducción
se calcula de la siguiente manera:
Carga permisible = 5425 x 0.88 x 0.62 x 0.81 = 2395 lb
Cargas combinadas
Una vez que se establecen las capacidades de carga permisible
considerando los efectos del espaciamiento y de la distancia a
los bordes, debe controlarse la fórmula de cargas combinadas.
(1500/3635)5/3 + (2000/2395)5/3
2
0.23 + 0.74 = 0.97 ≤ 1 , Correcto.
3
12 in
El enfoque del diseño será similar para los anclajes restantes, utilizando
el diseño por esfuerzos permisibles.
7-1/2 in
2
1
4
1
9 in
18
www.powers.com
6 in
6 in
6 in
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
RECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO (continuación)
Guía de referencia SD: Diseño de resistencia de los anclajes para concreto ACI 318 (2008)
Apéndice D
La siguiente es una herramienta de referencia para el diseño de anclajes de instalación posterior en concreto utilizando la norma ACI 318-08.
Este documento complementa los siguientes diagramas de flujo y ecuaciones de referencia, que constituyen una recopilación de las ecuaciones relevantes
para el diseño de resistencias (en la secuencia de referencia de ACI) para los anclajes de expansión mecánica, anclajes de tornillo y anclajes adhesivos de
instalación posterior.
Nota: En este momento, las ecuaciones del Apéndice D para el diseño de resistencias específico para anclajes adhesivos se consideran una enmienda
a la norma ACI 318. Los detalles que acompañan las ecuaciones de diseño de resistencia enmendadas se encuentran en los Criterios de aceptación
308 de ICC-ES, Anexo A, Sección 3.3.
Deben seguirse en los siguientes pasos para determinar la resistencia del diseño de control (resistencia factorizada) del sistema de anclajes:
En todos los casos, el sistema de anclajes debe diseñarse de la siguiente
manera:
Modos de falla:
øNn ≥ Nua
donde fNn es la menor resistencia de diseño de tracción de todos los modos de falla adecuados;
• Para los anclajes de expansión mecánica y de tornillo, fNnes la menor resistencia de diseño de tracción
de un anclaje o grupo de anclajes, según se determine a partir de fNsa, fNcb , fNcbg (o fNpn).
Falla del acero
Extracción
• Para los anclajes adhesivos, øNn es la menor resistencia de diseño de tracción de un anclaje o grupo de
anclajes según se determine a partir de fNsa, fNcb, fNcbg, fNa, (o fNag,).
(el modo de falla de resistencia de adherencia no se ha graficado)
• Es necesario un control adicional de diseño y una reducción adicional de la resistencia para los anclajes
adhesivos sujetos a cargas de tracción sostenidas o a combinaciones de cargas con un componente de
carga sostenida.
Consulte el Anexo A, Sección 3.3.1.1 (D.4.1.4) de AC308.
Ruptura del concreto
øVn ≥ Vua
donde fVn es la menor resistencia en corte de diseño de todos los modos de falla adecuados;
• Para los anclajes de expansión mecánica y de tornillo, fVn es la menor resistencia de corte de diseño
de un anclaje o un grupo de anclajes según se determine a partir de fVsa, fVcb, fVcbg, fVcp (o fVcpg).
Falla del acero por
desprendimiento
del concreto
Ruptura posterior del
concreto en anclajes
alejados de bordes libres
• Para los anclajes adhesivos, øVn es la menor resistencia en corte de diseño de un anclaje o un grupo
de anclajes según se determine a partir de fVsa, fVcb, fVcbg, fVcp (o fVcpg).
Ruptura del concreto
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
19
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
RECOMENDACIONES PARA EL DISEÑO (continuación)
Guía de referencia: Diseño de resistencia para anclajes en concreto ACI 318 (2008) Apéndice D
Las siguientes son sencillas indicaciones paso a paso para calcular la resistencia de diseño estática de tracción para un único anclaje mecánico
o adhesivo de instalación posterior:
1. Controle los requisitos de distancia mínima a los bordes y de grosor de los miembros informados en las pruebas de calificación para el anclaje seleccionado;
para los anclajes en grupos, es necesario controlar la distancia mínima de espaciamiento.
2. Calcule la resistencia del acero (fNsa) del anclaje.
3. Calcule la resistencia de ruptura del concreto (fNcb), incluidos todos los factores apropiados.
4. Calcule la resistencia de extracción del anclaje mecánico o determine la resistencia de adherencia del anclaje adhesivo:
a. Calcule la resistencia de extracción (fNpn) del anclaje con expansión mecánica o de tornillo. Los valores nominales de extracción (Np) se informan según las pruebas
y varían para cada producto;
b. Determine la resistencia de adherencia (fNa) del anclaje adhesivo para el intervalo de temperatura y la condición de perforación adecuados. Incluya todos los factores
adecuados.
Nota: Para las cargas de tracción sostenidas o cargas combinadas con componentes de carga de tracción sostenida, consulte la norma AC308, Anexo A, Sección 3.3.1.1 (D.4.1.4).
5. Determine la resistencia mínima de control a partir de los posibles modos de falla de tracción (por lo general, agrietamiento en lugar de estallido de las caras laterales
en los anclajes de instalación posterior; por lo tanto, el estallido de las caras laterales no se calcula).
Las siguientes son indicaciones sencillas paso a paso para calcular la resistencia de diseño estática de corte para un único anclaje mecánico
o adhesivo de instalación posterior:
1.
2.
3.
4.
Controle los requisitos de distancia mínima a los bordes y de grosor de los miembros, informados según las pruebas de calificación para el anclaje seleccionado.
Calcule la resistencia del acero (fVsa) del anclaje.
Calcule la resistencia de ruptura del concreto (fVcb), incluidos todos los factores adecuados.
Calcule la resistencia de ruptura posterior del anclaje mecánico o determine la resistencia de ruptura posterior del anclaje adhesivo:
a. Calcule la resistencia de ruptura posterior (fVcp) del anclaje con expansión mecánica o de tornillo.
b. Determine la resistencia de ruptura posterior (fVcp) del anclaje adhesivo.
5. Determine la resistencia de control mínima para los posibles modos de falla de corte.
La siguiente es una guía para la aplicación y el uso de anclajes en diseños antisísmicos:
1. En regiones de riesgo sísmico moderado o elevado, o para estructuras asignadas a categorías de desempeño o diseño sísmico intermedias o elevadas (es decir, C, D, E o F),
la resistencia de diseño de los anclajes de instalación posterior (fNn) y (fVn) debe incluir un factor adicional de multiplicación de 0.75 (vea la Sección D.3.3.3 de la norma
ACI 318-05).
2. El diseño de los anclajes de instalación posterior según el Apéndice D de la norma ACI 318 tiene modificaciones adicionales en la Sección 1908.1.16 del IBC para
combinaciones de cargas que incluyen cargas sísmicas. En resumen, para los anclajes que no cumplen los requisitos de ductilidad del Apéndice D de la norma ACI 318,
Secciones D.3.3.4 y D.3.3.5 (con sus modificaciones), «la resistencia mínima de diseño de los anclajes será al menos de 2.5 veces las fuerzas factorizadas transmitidas
por el accesorio». En resumen, si este factor de ductilidad se pasa en la ecuación del lado de la carga (exigencia) al lado de la capacidad de diseño de los anclajes, se
aplica como un factor de reducción adicional de 0.40 para los anclajes «no dúctiles».
3. Para anclajes clasificados como componentes, soportes o accesorios no estructurales, consulte el Capítulo 13 de la norma ASCE 7-05.
La siguiente es una guía para el diseño y uso de los anclajes en concreto liviano con arena, y los anclajes únicos instalados a través del plafón
o piso de láminas de acero y ensambles de techos en concreto estructural liviano con arena o concreto de peso normal:
1. Para los anclajes en concreto liviano con arena, Nb, Npn, Vcb, y Vcp deberán multiplicarse por un factor de 0.60.
2. Para los anclajes instalados a través del canal (plafón) de láminas de acero en concreto, no es necesario evaluar Ncb para determinar la carga de tracción de control.
No es necesario aplicar factores adicionales para concreto liviano con arena siempre y cuando se hayan probado los anclajes y hayan sido aprobados para concreto
liviano con arena sobre láminas de acero.
3. Para los anclajes instalados a través del canal (plafón) de láminas de acero en concreto, no es necesario evaluar Vcb y Vcp para determinar la carga de corte de control.
No es necesario aplicar factores adicionales para concreto liviano con arena siempre y cuando se hayan probado y aprobado los anclajes en concreto liviano con arena
sobre láminas de acero.
20
www.powers.com
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
21
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
22
www.powers.com
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
23
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
24
www.powers.com
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
25
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
26
www.powers.com
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
© 2011 Powers Fasteners, Inc. Todos los derechos reservados. Para acceder a las información más actualizada sobre nuestros productos, visite www.powers.com.
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
27
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
28
www.powers.com
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Tecnología de anclaje
de instalación posterior
Powers EE. UU.: (800) 524-3244 o (914) 235-6300
Canadá: (905) 673-7295 o (514) 631-4216
www.powers.com
29