Pernos y Placas de Anlcaje

ESCUELA INDUSTRIAL

DE

INGENIERIA

INSTALACIONES INDUSTRIALES PROFESOR: ING. MARCO ARMENDÁRIZ REALIZADO POR: CELSO MOYOTA CODIGO: 0422 Riobamba, 28 de mayo de 2012

PERNOS DE ANCLAJE Definición Los Pernos de Anclaje se utilizan para unir los elementos metálicos al hormigón. Los anclajes son armaduras metálicas, alojadas en taladros perforados desde el talud y cementadas. Se emplean como medida estabilizadora de inclinaciones en roca como en terreno suelto, así mismo son elementos que trabajan a tracción y que colaboran a la estabilidad del talud de dos formas: -

Proporcionan una fuerza contraria al movimiento de la masa deslizante. Producen un incremento de las tensiones normales en la existente o potencial superficie de rotura, lo que provoca un aumento de la resistencia al deslizamiento en dicha superficie.

Enclavamiento Mecánico. Es el mecanismo de transferencia de carga que emplea un cojinete de aseguramiento entre el anclaje y el concreto, generalmente es empleado por los sistemas de anclaje hormigonados in-situ.

Enclavamiento Mecánico Partes de un Perno de Anclaje. En un anclaje se distinguen tres partes fundamentales: a) Zona de anclaje.- Es la parte solidaria al terreno en profundidad encargada de transferir los esfuerzos al mismo.

b) Zona libre.- Es la parte parte en que la armadura se encuentra independizada del terreno que la rodea, de forma que puede deformarse con total libertad al ponerse en tensión. c) Cabeza.- Es la zona de unión de la armadura a la placa de apoyo. La longitud de los anclajes suele oscilar entre 10 y 100 m y el diámetro de perforación entre 75 y 125 mm.

Tipos de Pernos de Anclaje. Los anclajes se pueden clasificar según diversos conceptos. En función del tiempo de servicio se pueden distinguir los siguientes tipos:

- Anclajes pasivos: no se presenta la armadura después de su instalación. El anclaje entra en tracción al empezar a producirse el movimiento del terreno. El uso de estos se da en el momento que entran en tracción al oponerse a la expansión o dilatancia que se produce en las discontinuidades de la roca cuando comienzan a producirse un deslizamiento a lo largo de las mismas. El movimiento de masa produce un incremento de volumen (dilatancia) que está relacionado con la presencia de rugosidades en la misma. Es decir la efectividad de un anclaje pasivo está relacionada directamente con la magnitud de la dilatancia, la cual depende del tamaño y la dureza de las rugosidades. Por consiguiente en taludes en suelos o rocas blandas con juntas relativamente lisas los anclajes pasivos son menos efectivos.

- Anclajes activos: una vez instalado se pretensa la armadura hasta llegar a su carga admisible, comprimiendo el terreno comprendido en la zona de anclaje y la placa de apoyo de la cabeza. La utilidad de estos anclajes se da desde el momento que ejercen una acción estabilizadora desde el mismo instante de su puesta en tensión incrementando la resistencia al corte de la masa de suelo o roca como consecuencia de las tensiones normales adicionales al esqueleto mineral.

- Anclajes mixtos: la armadura se pretensa con una carga inferior a la admisible, quedando una parte de su capacidad resistente en reserva para hacer frente a posibles movimientos aleatorios del terreno. La carga admisible de una armadura es igual al producto de la sección de acero por su límite elástico, multiplicado por un coeficiente de seguridad (0,6 para anclajes permanentes y 0,75 para anclajes provisionales). Los materiales empleados como armadura o miembro de tracción son los siguientes: 

Alambres de acero de alta resistencia.

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Cordones constituidos por alambres de alta resistencia.

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Barras de acero especial.

Los alambres normalmente utilizados tienen un diámetro entre 5 y 8 mm. El acero tiene una resistencia a tracción de 160 a 190 kg/mm2 y un límite elástico convencional de 145 a 170 kg/mm2

. La armadura de los anclajes se compone de una serie de alambres paralelos cuyo número suele oscilar entre 6 y 54. Alambres con diámetros algo menores (entre 2 y 4mm) sirven para la fabricación de cordones de alambres trenzados. Los más frecuentes son los cordones de 7 y 19 alambres. Los cordones se emplean aisladamente o en grupos de hasta 39 cordones. Las barras de acero especial tienen normalmente diámetros comprendidos entre 16 y 4 mm, con resistencia a tracción del orden de 60 a 85 kg/mm y límite elástico convencional entre 50 y 70 kg/mm2 En todos los casos los aceros empleados han de ser dúctiles, con alargamientos de rotura superiores al 4 %, las barras de acero empleadas en los anclajes se denominan bulones o pernos de anclaje. El anclaje mediante cordones o grupos se denomina anclaje por cables.

Formas de Unión Una de las formas de unión es mediante soldaduras a la chapa base, con preparación previa de los bordes mediante avellanado de los taladros. Otra forma es a través de pernos roscados similares a los tornillos pero con mayor longitud que aquellos, y cuya cachaba (parte curva), queda embebida dentro del hormigón y la parte recta que va roscada en parte, sobresale de manera suficiente como para colocar la tuerca y contratuerca que sujetan la placa del pilar u otro elemento que corresponda.

Formas de anclar los Pernos. Existen dos formas de anclar el perno a la roca: mediante un anclaje puntual o con un anclaje repartido. Los pernos de anclaje puntual tienen un dispositivo para empotrar el sistema de anclaje en el fondo del barreno. Son muy deformables, ya que el acero que constituye las barras admite alargamientos repartidos de hasta el 10 %; por este motivo se recomienda su uso en terrenos muy deformables. A continuación se describen los principales aspectos de los pernos.

Pernos de Cuña.- los pernos de cuña se utilizan muy poco en la actualidad. En un extremo del perno hay una hendidura en la que se introduce una cuña, y en el otro extremo un roscado y una tuerca. Para colocar estos pernos, primeramente se golpea la barra hasta que la hendidura del perno se abre y se clava en la roca. A continuación, se coloca la placa base y se aprieta la tuerca, proporcionando así una cierta tensión inicial de anclaje. Pernos de Expansión.- Este tipo de pernos se anclan debido a la apertura que se produce en dos valvas metálicas ranuradas al apretar el perno, cuyo extremo roscado

hace descender un topo en cuña. La eficacia de un perno de anclaje puntual depende de la presión de apriete al colocarlo; se suelen apretar con una llave de atornillamiento eléctrico, hidráulico o neumático.

Pernos de Anclaje Repartido.- El anclaje de este tipo de pernos a la roca, se efectúa en toda la longitud del barreno, bien con cemento o resina. En estos últimos la resina y el endurecedor se colocan en unas cápsulas en el fondo del barreno; al introducir la varilla metálica y girarla, se perforan estas capsulas y se mezclan bien sus constituyentes. Las varillas pueden ser de diversos tipos: lisas, con filete helicoidal a lo largo de toda la varilla o lisa con filete de tornillo en el extremo que penetra en el barreno y con cabeza fija o tuerca en el otro extremo.

Pernos de Anclaje Mecánico.- Perno “Split-Set”. Este perno está constituido por un tubo flexible, construido con chapa de 2,3 mm de espesor, con una ranura longitudinal. El perno, que es de mayor diámetro que el barreno, al introducirse en el sondeo se adapta a éste totalmente, disminuyendo su diámetro, debido al cierre de la ranura longitudinal. Usos de los Anclajes Casos más comunes son los muros de tierra en donde es necesario garantizar la estabilidad de la masa de suelo, y por ende en la obra. En este sentido, cabe destacar que en las construcciones civiles o mineras se viene utilizando cada vez con mayor frecuencia y éxito los anclajes inyectados para sostener muros y absorber momentos volcadores. Como elemento que contrarresta las sub-presiones producidas por el agua, en el sostenimiento de techos u hastiales de obras en obras subterráneas de vialidad, de centrales hidroeléctricas y mineras, e igualmente en taludes construidos con masas de suelo y rocas. Las obras subterráneas tales como galerías y túneles de vialidad el problema fundamental que se plantea es de asegurar el sostenimiento mediante anclajes durante y posterior al periodo de excavación, definiendo y construyendo un soporte y revestimiento capaz de asegurar la estabilidad definitiva de la obra. Uno de los grandes gr andes problemas pro blemas que qu e afronta afront a la industria de la construcción, en las grandes excavaciones necesarias para edificios altos, es la implementación tradicional de grandes muros de contención, cuyo costo puede volverse prohibitivo, y cuyas dimensiones pueden afectar a la arquitectura de los proyectos.

Calidad de los Aceros Debe tomarse recaudos con la calidad del acero a utilizar, previendo que no sea excesivamente resistente y hacer constar en el Proyecto correspondiente las calidades de aceros normales igual al resto de los aceros estructurales, en particular si van a ir soldados, aunque tan solo sean puntos de soldadura para posicionar. En la actualidad existen pernos redondos corrugados autorroscantes, de acero para soldar, obtenidos por laminación en caliente; con calidades B 400 S y B 500 S que ofrecen practicidad y optimizan el trabajo. Aún así, debe advertirse cuando se utilizan redondos de acero DYWIDAG o similar , ya que no admite ningún punto de soldadura. Éstos no pueden ser curvados, y corren el riesgo de rotura.

Utilidad Los anclajes constituyen en los actuales momentos un medio esencial para garantizar la estabilidad de estructuras muy diversas, lográndose utilizar los procedimientos y posibilidades que la tecnología actual del soporte mediante anclajes pone a nuestra disposición para aplicar la técnica moderna del sostenimiento. Los anclajes pueden usarse en forma muy ventajosa en cualquier situación en que se necesite ayuda de la masa de suelo para soportar un determinado estado de tensiones o esfuerzos. Casos comunes se producen en los muros de tierra en donde es necesario garantizar la estabilidad de la masa de suelo, y por ende el de la obra. Como elemento que contrarresta las sub-presiones producidas por el agua, en el sostenimiento de techos y hastiales en obras subterráneas de vialidad, de centrales hidroeléctricas y mineras, e igualmente como soporte artificial en taludes constituidos por masa de suelos y / o rocas. En el caso de muros anclados, es muy común observar este tipo de obra a lo largo y ancho de importantes tramos carreteros, en donde parte de la calzada ha colapsado al producirse una disminución en la resistencia al corte de la masa de suelo. Estos problemas han sido resueltos satisfactoriamente a través de las pantallas o muros atirantados. En este sentido, cabe destacar que en las construcciones civiles se viene utilizando cada vez con mayor frecuencia y éxito los anclajes inyectados para sostener muros y absorber momentos volcadores. Este último como ocurre en las torres de alta tensión y en las presas para resistir las fuerzas volcadoras debidas al agua, así como en otras numerosas obras, en la cual la fuerza de tracción al terreno del anclaje transfiere las solicitaciones hasta una zona más profunda y estable, y por tanto de mayor capacidad portante. En estas condiciones, la resistencia tangencial de la masa de suelo o roca circundante al miembro estructural empotrado actúa para resistir dicha carga de tracción.

En lo referente a obras subterráneas tales como galerías y túneles de vialidad el problema fundamental que se plantea es el de asegurar el sostenimiento mediante anclajes durante y posterior al período de excavación, definiendo y construyendo un soporte y revestimiento capaz de asegurar la estabilidad definitiva de la obra. Lo mencionado anteriormente es de vital importancia, por cuanto la concentración de esfuerzos en la vecindad de la excavación puede ser la causante que la roca fracturada pueda desplazarse comprometiendo la estabilidad de la bóveda y de los hastiales del túnel. Cabe destacar también, que el sistema de muros anclados o sistemas de contención por medio de anclajes, bien sea activos o pasivos, es cada vez de mayor utilización. La razón fundamental se debe a que en los centros urbanos de gran desarrollo es frecuente la construcción de edificios con varios sótanos donde se requieren cortes de gran altura. Lo dicho anteriormente indica que la utilización de los anclajes ha sido considerada como una excelente alternativa técnica y económica en la construcción de muros de retención, conjuntamente con los procedimientos modernos que nos ofrece el concreto proyectado bien sea por vía seca o húmeda. Por supuesto, al realizarse este tipo de obra deben tenerse en cuenta otros aspectos que sin lugar a dudas son de vital importancia, tales como las construcciones vecinas y las redes de servicio. En este sentido, no se deben correr riesgos innecesarios que puedan causar pérdidas materiales y hasta humanas.

Perno de Expansión Tipo Cuña Power Stud anclaje de expansión tipo cuña, totalmente roscado, de una pieza disponible en acero al carbono y acero inoxidable.

Anclaje de expansión tipo cuña

Taco de Expansión Stell Dropin anclaje de expansión con rosca interna, es un perno mecánico fabricado totalmente en acero. Puede utilizarse en concreto y piedra dura.

Anclaje de expansión con rosca interna

Pernos Tipo Camisa Power Bolt anclaje de manguito para trabajo pesado, con bloqueo automático, resistente a la vibración y desmontable. Se encuentra disponible con cabeza hexagonal o cabeza plana. Puede utilizarse en concreto y piedra.

Pernos tipo camisa

Pernos tipo camisa Lok Bolt anclaje de expansión tipo manguito, individual preensamblado disponible en acero al carbono y acero inoxidable que puede utilizarse en concreto, bloque y piedra. Se agregan manguitos de extensión para alcanzar longitudes mayores.

Pernos tipo camisa

Anclaje Tipo Tornillo Wedge Bolt Anclaje de Tornillo Es un anclaje de una pieza para trabajo pesado con una cabeza hexagonal. Es fácil de identificar, desmontable y resistente a la vibración.

Anclaje tipo tornillo punta azul

Anclaje de tornillo para acero Vertigo para acero un sistema de sujeción roscado de una pieza, fabricado completamente en acero. Las cabezas son roscadas interiormente para colocar varillas roscadas para usar en instalaciones de canaletas, desagues u otras aplicaciones.

Anclaje de tornillo para acero

Anclaje de tornillo para concreto Vertigo para concreto un sistema de sujeción roscado de una pieza, fabricado completamente en acero. Las cabezas son roscadas interiormente para colocar varillas roscadas para usar en instalaciones de canaletas, desagues u otras aplicaciones.

Anclaje de tornillo para concreto

Anclaje de Tornillo para madera Vertigo para madera un sistema de sujeción roscado de una pieza, fabricado f abricado completamente en acero. Las cabezas son roscadas interiormente para colocar varillas roscadas para usar en instalaciones de canaletas, desagues u otras aplicaciones.

Anclaje de tornillo para madera

Anclaje Preexpandido Spike es un anclaje patentado de una pieza, resistente a la vibración y a prueba de alteraciones, ideal para utilizarse en concreto o piedra.

Anclaje preexpandido

Anclaje Autorroscante Snake anclaje autorroscante con rosca interna, es un perno mecánico fabicado totalmente en acero, diseñado para utilizarse en concreto y adecuado para aplicaciones elevadas. Este anclaje se instala conuna herramienta mecánica y se enclava mecánicamente con el material base. No se requiere un martillo para la instalación. Se incluye una herramienta de colocación en cada caja.

Anclaje autorroscante con rosca interna

Pernos de anclaje Zamac Hammer-Screw es un anclaje de arrastre exclusivo de un solo paso con cabeza phillips y rosca de tornillo para utilizar en concreto, bloque, ladrillo o piedra. El anclaje es desmontable, tiene una capacidad de carga en tensión 40% mayor cuando se instala en concreto.

Pernos de anclaje

Anclaje de plástico Nylon Nailin es un anclaje tipo pasador de arrastre conun cuepo fabricado con nylon tratado y pernos disponibles en acero al carbono y acero inoxidable. El anclaje puede utilizarse en concreto, bloque o ladrillos.

Anclaje de plástico tipo pasador de arrastre

Tornillo para concreto Tapper el tornillo de anclaje para concreto está fabricado con cabeza de arandela hexagonal o con cabeza plana phillips, en acero al carbono y acero inoxidable. Para aplicaciones de trabajo pesado, el tamaño 3/8'' se fabrica con acero al carbono enchapado en zinc.

Tornillo para concreto

Tornillo para Pared Wall Dog torinillo de anclaje de acero, su filosa rosca helicoidal proporciona una entrada suave y un sotén firme. No es necesario realizar perforaciones con anterioridad para sujetarlos a paneles o madera.

Tornillo universal trabajo liviano

Pernos de Anclaje Perno de expansión con tuerca y golilla incorporada, de cuña, que se expande mecánicamente para ajustarse a las paredes de un orificio practicado en una obra de ladrillo o muro de hormigón. Gran resistencia.

Medidas ¼ x1¾”

½x2¾”

¾x4¾”

¼ x2¼

½x3¾”

¾x5½”

¼ x3¼”

½x4¼”

¾x7”

½x5½”

¾x8½”

½x7”

¾x10”

5/16×4¼”

5/8×3½”

1×6”

5/16×4½”

5/8×4½”

1×9”

5/16×2¾” 5/16×3½”

5/8×5” 3/8×2½”

5/8×6”

3/8×2¾”

5/8×8½”

3/8×3”

5/8×10”

3/8×3½” 3/8×3¾” 3/8×5”

CONCLUSIONES. 

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Los pernos necesarios para soportar los taludes finales de una excavación a corte abierto se deberán instalar tan pronto como sea posible, después de remover cada etapa de excavación y antes de hacer las voladuras correspondientes a la etapa de excavación siguiente. Las longitudes básicas de anclaje (lb) dependen, entre otros factores, de las propiedades de adherencia de las barras y de la posición que ocupan en la pieza de hormigón. Los anclajes transmite al soporte las solicitaciones a que son sometidos, trabajando fundamentalmente a tracción, a esfuerzo cortante o una combinación de ambos. Fundamental con el anclaje del terreno se consigue un sostenimiento efectivo mediante la instalación de barras de acero y su posterior inyectado, todo en un reducido espacio de talud o excavación.

PLACAS DE ANCLAJE Placa de acero colocada entre un soporte y el elemento constructivo que recibe el esfuerzo, para reducir las tensiones sobre este elemento y realizar un empotramiento efectivo mediante rigidizadores u otros elementos.

Cálculo nuevas placas anclaje y unión La actuación que se ha ejecutado ha consistido en una ampliación de unos silos metálicos instalados sobre una losa de cimentación y con los pilares diseñados para instalarse sobre placas de anclaje de 60x60x2 cm y 8 pernos de ø20mm y 75 cm de longitud. Para los esfuerzos proporcionados por el fabricante (N=187.811 kg, Mx=My=130.013 kg/cm, y T=?, en el pilar más desfavorable), las características de las placas indicadas anteriormente eran más que suficientes. CYPECAD incluso me dimensionaba placas de dimensiones menores (45x45x1.8 cm) y con longitud de pernos sobre 30 cm. El problema es que por un error en los planos proporcionados por el fabricante de los silos, la ubicación de las placas de anclaje no ha sido correcta, pues los pilares de los silos caían fuera de estas placas (la mitad de su perfil) en la medida que se observa en la foto a continuación.

La solución planteada, como se observa en esa foto, ha sido la de solapar unos 35 cm en las placas iniciales de 60x60x2 cm otras placas de 50x50x3 cm de forma que la distancia existente del extremo de los pilares a uno de los bordes de las nuevas placas fuera de 3 cm, suficiente para poder realizar los trabajos de soldadura. Se ha previsto en estos pilares que presentan los esfuerzos mayores instalar también unas cartelas.