Anclajes de Fijación, Cálculo de Uso.

La instalación de anclajes de fijación es una practica muy común en el montaje de instalaciones modernas. Mediante ellos se puede fijar de forma segura y económica elementos de metal, madera, etc. sobre fachadas, techos o suelos. Existen muchos tipos de anclajes con características de montaje y resistencia diferentes, lo que complica en ciertas ocasiones su correcta elección y uso.

La metodología de cálculo para el uso de anclajes no siempre se lleva a cavo, se instalan anclajes seleccionados a priori o basándose en experiencias de montajes anteriores. Este tipo de selección en gran parte de los casos provoca la destrucción de la instalación, daños materiales o personales graves.

Tipos de Anclajes

Cada tipo de anclaje tiene sus particularidades y es de vital importancia realizar un análisis previo antes de su selección, la seguridad y vida útil dependerá en gran medida de ello.

  • Tipo A: Anclaje de expansión por atornillado.

La expansión se consigue aplicando un par que actúa sobre el tornillo o perno y nos consigue la rigidez del anclaje.

  • Tipo B: Anclaje de expansión por golpe

En este tipo de anclaje se consigue golpeando un casquillo o cono garantizando la expansión y anclaje.

  • Tipo C: Anclaje por enclavamiento de forma

Se fijan mediante golpeo o rotación del casquillo en un orificio previamente taladrado.

  • Tipo D: Anclaje de fijación química

Este tipo de anclaje fija el elemento metálico mediante resina química garantizando una fuerte y estable fijación.

  • Fijación de Plástico

La fijación mediante elementos de plástico se realiza por impacto o roscado comprimiendo el taco de expansión contra la pared del orificio (clavos o tornillos).

Seguridad de los anclajes de fijación

En el diseño de los anclajes, se tendrá en cuenta el concepto de los coeficientes parciales de seguridad en el estado límite último (ELU). Se cumplirá que la solicitación de diseño Sd es menor que la resistencia del anclaje de diseño Rd. (Sd ≤ Rd) . Así lo expresa la Guía ETAG 001.

Según como indica la Guía ETAG 001 debe verificarse la resistencia del anclaje para los diferentes tipos de rotura probables en las uniones.

cargas en anclajes de fijacion

Cálculo de anclajes de fijación

La formula utilizada para garantizar los parámetros de seguridad es la siguiente.

Sd = γf Sk

Encontramos que:

γf = 1.5 (coeficiente de seguridad)

Sk = G + Q

  • G es la carga permanente
  • Q es la carga variable.

Nota: Se debe tener en cuenta que para el cálculo en el estado limite ultimo tomaremos el caso más desfavorable de las acciones combinadas.

Ejemplo Resumen del Cálculo

Ejemplificando como quedaría la ecuación aplicando los coeficientes tendríamos lo siguiente.

Sk = 1.35 G + 1.5 Q

La formula general quedaría así:

Sd = 1.5 ( 1.35 G + 1.5 Q )

Nomenclatura Utilizada:

  • G – Carga permanente.
  • Qb – Carga de Uso
  • W – Acción debida al viento
  • Sn – Acción debida a la nieve
  • Ψ0 = 0,77 para cualquier caso, excepto las salas de archivos y los aparcamientos (Ver normativas).
Te recomendamos la lectura de otra de las entradas de Nuestro Blog Seguridad en Uniones atornilladas

Comportamiento Sísmico de los Anclajes de Fijación

La normativa europea asigna categorías al comportamiento sísmico habiendo tenido en cuenta el nivel sísmico y la importancia del edificio. Las Categorías son (C1 y C2) y lo podemos ver resumido en la siguiente tabla. La asignación de las categorías C1 y C2 es responsabilidad de cada uno de los Estados Miembros de la Unión Europea.

CategoríaRequerimientos europeos
según el TR 045
Tipo de ensayo
según la ETAG 001 – Anexo E
Categoría C1para aplicaciones no estructuralesTest alternativo en hormigón no fisurado (ancho fisura 0,5 mm)
Categoría C2para aplicaciones estructurales y no estructuralesTest más severos con variación del ancho de fisura, simulando un
terremoto (ancho fisura 0,8 mm)

El tipo de Edificación es otra variable a tener en cuenta dentro del análisis sísmico de los anclajes, se dividen en varias clases teniendo en cuenta su responsabilidad.

ClaseTipo de Edificio
IEdificios y estructuras que normalmente no albergan a personas (ej.: naves de almacenamiento, graneros, y otros edificios de uso agrícolas) y que no contienen equipos o sistemas con materiales peligrosos o necesarios en caso de desastres.
IILa mayoría de edificios y estructuras que albergan personas (ej.: viviendas, comercios y naves industriales) excepto aquellos edificios contemplados en otras categorías (menos 300 personas, altura del edificio ≤ 28 m).
IIIEdificios y estructuras que:
• Tienen una gran ocupación (más de 300 personas, altura edificio ≥ 28 m) ej.: edificios de oficinas altos ,centros deportivos,
grandes teatros…
• Edificios con personas de movilidad reducida (ej.: prisiones, escuelas, algunos centros de salud);
• Edificios o instalaciones importantes para la comunidad, (ejem. estaciones eléctricas, de bombeo, etc..);
• Edificos o naves que contengan materiales peligrosos para la vida humana.
IVEdificios de estructuras que:
• Son esenciales para la asistencia después del terremoto (ejem., hospitales, policias, parque de bomberos y centros de emergencia)
• Almacenes con grandes cantidades de materiales peligrosos.

Comprobar Resistencia a Tracción de los Anclajes de Fijación

  • Rotura por Cono de hormigón
Fórmula : NRd,c = N0Rd,c . fb . Ψs . Ψc,N
– N0Rd,c: Resistencia en el estado límite último- rotura del cono de
hormigón de un anclaje en macizo.
– fb: Coeficiente que tiene en cuenta la resistencia del hormigón.
– Ψs: Coeficiente que tiene en cuenta la influencia de la distancia entre ejes.
– Ψc,N: Coeficiente que tiene en cuenta la influencia de la distancia a los bordes.
  • Rotura por arranque/deslizamiento
Fórmula: NRd,p = N0Rd,p . fb
– N0Rd,p: Resistencia en el estado límite último-rotura por
extracción-deslizamiento.
– fb: Coeficiente que tiene en cuenta la resistencia del hormigón.
  • Rotura del acero
– NRd,s: Resistencia de cálculo en el estado límite último -rotura
del acero

Comprobar Resistencia a Cortante de los Anclajes de Fijación

  • Rotura del hormigón en el borde de la losa
VRd,c = V0Rd,c . fb . fβ,V . ΨS-C,V
– V0Rd,c: Resistencia de cálculo en el estado límite último de un anclaje situado a Cmin de los bordes.
– fb: Coeficiente que tiene en cuenta la resistencia del hormigón.
– fβ,V: Coeficiente que tiene en cuenta la dirección de carga a cortante.
– ΨS-C,V: Coeficiente que tiene en cuenta la influencia de la distancia entre el anclaje y un borde libre.
  • Rotura del acero
– VRd,s: Resistenia de cálculo en el estado límite último-rotura
del acero.
  • Rotura por efecto palanca
VRd,cp = V0Rd,cp . fb . Ψs . Ψc,N
– V0Rd,cp: Resistencia en el estado límite último -rotura por efecto de
palanca de un anclaje en macizo.
– fb: Coeficiente que tiene en cuenta la resistencia del hormigón.
– Ψs: Coeficiente que tiene en cuenta la influencia de la distancia entre
ejes.
– Ψc,N: Coeficiente que tiene en cuenta la influencia de la distancia a los bordes.
Tengamos en cuenta lo Siguiente:
NRd = min(NRd,p ; NRd,c ; NRd,s) ——– (βN = NSd / NRd)

VRd = min(VRd,c ; VRd,cp ; VRd,s) ——– (βV = VSd / VRd)

-βN = NSd / NRd ≤ 1
– βV = VSd / VRd ≤ 1
– βN + βV ≤ 1,2

Resumen

Existen muchos tipos de Anclajes de Seguridad, para una gran diversidad de fijaciones en nuestro entorno industrial, es nuestra responsabilidad realizar una correcta selección y comprobación de los mismos. Es fundamental realizar los cálculos de comprobación en cada caso y leer las instrucciones de uso del fabricante en cada caso.

Para pueda tener una mejor comprensión del proceso de cálculo puede revisar la guía técnica desde la que hemos realizado este resumen. Solo tiene que dar clic sobre este enlace Guía Técnica de Fijaciones, esperamos te sea de utilidad.