Tipos de anclajes y su colocación

Tipos de anclajes


Los anclajes puede ser de presión, expansión ó adhesión, y estos pueden fijarse a la roca por uno ó dos de estos tres principios:


1.      Fricción
2.      Forma
3.      Adhesión

 

Anclajes de Fricción:


En este caso, la fuerza de tracción N aplicada al anclaje se transmite al material base por fricción R. Al expansionar la cabeza contra el material base, bien a través del par de apriete, bien mediante el desplazamiento controlado de una pieza dentro del anclaje, hemos aumentado el contacto anclaje roca, logrando transmitir el esfuerzo por la presión física Fexp que se produce entre la zona de expansión del anclaje y la roca.

Este contacto se realiza en una zona reducida, únicamente la cabeza que expansiona, por lo que la presión que se ejerce contra el material base es muy alta y si excedemos la que este es capaz de resistir se puede producir su rotura.

La forma que adquiere la zona afectada se asimila un poco a una cebolla, estando la zona de contacto en el centro de ésta. En la figura se muestra la distribución de tensiones generadas por un anclaje mecánico que trabaja por rozamiento, bajo la solicitación de tracción. Las zonas más claras en el interior de la cebolla corresponden a las más cargadas.

Obsérvese la distribución de tensiones, con la zona de cabeza muy tensionada. Es interesante comparar esta figura de forma de trabajo con las de los otros anclajes mostradas en este mismo documento.

Anclaje de Expansión


Su filosofía es la de adaptarse al material base de diferentes modos. En unos casos a medida que se introducen en el taladro horadan el material creando una zona acampanada en la que quedan embebidos. Los anclajes se deforman adaptándose a éste. Al girar la camisa del anclaje mediante un útil especial, logramos que la cabeza metálica no expanda directamente contra el material base, sino que vaya taladrándolo y se vaya introduciendo poco a poco en este, creando una zona acampanada con un contacto perfecto entre el anclaje y la roca. En este caso, la fuerza de tracción N aplicada al anclaje se transmite mediante unos esfuerzos perpendiculares al cono del anclaje, haciendo que la roca trabaje a compresión a través de la reacción R. De este modo se logra que el anclaje tenga un excelente comportamiento en cuanto a cargas, similar al que tendría un perno embebido colocado en el hormigón fresco. Aunque distribuye mejor la presión sobre la roca que los anteriores no debemos olvidarnos de las distancias a borde y entre anclajes recomendadas en los manuales.

En la siguiente figura se muestra la distribución de tensiones generadas en un anclaje La zona clara es la de mayor intensidad de tensiones.
Los anclajes de expansión, una vez que han sido introducidos en el agujero aumentan su volumen creando un efecto de tapón  que evita la extracción del mismo, los mas conocidos son los parabolts, estos resisten por fricción y por forma, la fricción se consigue en el momento que tras apretar la tuerca el taco aumenta su volumen y crea una gran fuerza hacia las paredes del barreno, y por forma, pues esto socava el barreno asiendo una especie de embudo al revés que impide que la pieza salte de su agujero.

Anclajes Químicos


La varilla del anclaje y la pared del taladro quedan unidas mediante la adherencia de la resina. Gracias a la mayor superficie de transmisión de cargas, esta se distribuye a lo largo de la varilla del anclaje, lográndose de este modo que la presión sobre el material sea menor, (a igualdad de cargas cuanto mayor sea la superficie menor es la tensión).
En la figura se muestra la distribución de tensiones generadas en un anclaje de este tipo. Obsérvese la distribución de tensiones a lo largo de la varilla, de forma totalmente diferente a las otras figuras antes comentadas. La forma de transmisión de la carga se produce por tanto a lo largo de la varilla, gracias a la adherencia que se produce entre acero resina y resina-roca.

Estos anclajes distribuyen la carga en una superficie más o menos cilíndrica alrededor de la varilla mientras que los mecánicos presentan una zona de afección sensiblemente cónica, ver figuras anteriores.

Por su forma de trabajo los anclajes químicos que trabajan por adherencia permiten unas separaciones entre anclajes y distancias a borde, por lo general, menores que los mecánicos. Son ideales por tanto en casos en los que existen bordes próximos a la roca.

Colocación de anclajes: formas de rotura
FORMAS DE ROTURA A TRACCIÓN

En las figuras 1 y 2 se produce un fallo por rotura de la roca. Obsérvese la cantidad de material desplazada, llamado cono de extracción. En la figura 3 el tipo de rotura representado es la salida del anclaje debido a una falta de contacto entre material y fijación. Este fallo puede producirse por un fallo de adherencia (anclaje químico) o por una falta de presión (anclaje mecánico), por ejemplo, debido a la falta de par de apriete. Tanto en químicos como en mecánicos este posible fallo se ve agravado por la incorrecta limpieza del agujero, puesto que se favorece el deslizamiento entre el anclaje y el material.

En la figura 4 se produce un fallo debido a la rotura del acero del propio anclaje.

FORMAS DE ROTURA A CORTANTE

La figura 5 corresponde al fallo por rotura de la roca. Ocurre cuando la distancia al borde es reducida y falta material para que el anclaje pueda desarrollar toda su capacidad resistente. Este modo de rotura está influido tanto por la separación entre anclajes como por la dirección de la carga; no es lo mismo que la carga empuje contra el borde que sea paralela al mismo.

La figura 6 corresponde al fallo por rotura de acero.

Separación entre anclajes:

Cuando en una misma zona se deben colocar varios anclajes, porque ya existen algunos colocados pero en mal estado de conservación o por que así lo recomienda la maniobra a realizar, éstos deben separarse lo suficiente de forma que no se solapen los conos de extracción y debiliten la propia roca.

A medida que los anclajes se van cargando, la zona de material base afectada es mayor y vamos aumentando la presión. En el caso de tener varios anclajes próximos, estas zonas pueden llegar a solaparse, provocando que el material base en estas zonas de intersección se encuentre mucho más cargado.

En estas condiciones, y en función de la separación entre los anclajes, la carga que puede transmitir cada anclaje al material base se reduce, según un factor fA,N.
No sólo se interfieren los anclajes de una misma placa de anclaje, también se produce
entre grupos de anclajes. Debido a esto es recomendable respetar las distancias de cálculo entre anclajes, mejor cuanto más grandes, y obtener de este modo una fijación más resistente.

Por los diferentes modos de trabajo de los anclajes que hemos visto en el capítulo anterior, la separación entre anclajes es menos crítica en los anclajes químicos que en los mecánicos. Esto es debido a que las zonas de mayor esfuerzo están mas cerca del cuerpo del anclaje en los anclajes químicos. Es decir, con una misma separación entre anclajes, el factor fA,N es mayor en los anclajes químicos que en los mecánicos.

Distancia al borde

Al situar el anclaje cerca de un borde de roca, la zona de roca a la que se transmite la presión (similar a un cono) también se ve reducida. En estas condiciones, y en función de la distancia al borde, la carga que puede transmitir cada anclaje al material base se reduce, según un factor fR,N.

Al igual que ocurría en la separación entre anclajes, en este caso la distancia al borde es menos crítica en los anclajes químicos que en los mecánicos.

Colocación de anclajes de expansión:
SPITS:

El espit es un pequeño taco dentado que se coloca a martillazos, y al cual se le rosca posteriormente chapa y tornillo. Los hay en dos tamaños: M-8 y M-10. La única ventaja es que no requiere taladro (colocación manual) pero tiene bastantes inconvenientes: no es apto para rocas blandas, fiabilidad inferior a 10 años y el taco se puede dañar por la gran cantidad de martillazos necesarios para su colocación.
Colocación:

1. Comprobar la calidad de la roca.

2. Roscar el espit en su espitador o mandril.

3. No golpear demasiado fuerte e ir girando a la dcha. constantemente el espitador; ojo el espitador perpendicular a la roca.

4. Sacar el espitador y limpiar de polvo el agujero y el interior del espit a cada vuelta. Esto evitará que el espit se quede bloqueado dentro del agujero.

5. Taladrar hasta que el espit quede a ras de la superficie.

6. Limpiar el agujero y el interior del espit.

7. Colocar la cuña en el espit con un pequeño golpe, para que no se caiga.

8. Introducir el espit con la cuña en el agujero, golpear fuerte sin girar el espitador.

9. NO hay que pasarse, golpear hasta que no expanda más... si te pasas se puede rajar longitudinalmente.

10. Desenroscar el espitador (puede que tengamos que dar unos golpecitos para que gire) y colocar la chapa con el tornillo.

11. Cuidado con la longitud del tornillo, puede llegar al final de la rosca y desbloquear la cuña o dejar la chapa suelta.

12. NO apretar demasiado el tornillo.


Si el agujero se realiza con taladro, aquel se debe terminar con el spitador de mano para que el cono de expansión asiente bien sobre el fondo(fondo plano, frente a fondo en cuña producido por la broca) y se expanda correctamente.

 

Placas long-life o de cuña interna

En estos anclajes la expansión se produce tras introducir una cuña al interior del cilindro.
Los anclajes de gran calidad tipo long life de Raumer y Petzl, se fabrican en acero inoxidable de muy alta calidad, tienen una longitud de unos 5 cm. Llevan integrada la Plaqueta, que gracias a esto es imposible que los amigos de lo ajeno las hurten, solo se requiere del martillo para su expansión, Raumer las fabrica en 10 y 12 mm, son muy populares en Europa principalmente en Francia, sus inconvenientes son:

-          Costos elevados.
-          Imposible cambiar la plaqueta.

Parabolts

Los parabolts o anclajes mecánicos se fijan a la pared por medio de la presión que ejercen al interior de barreno. Es muy importante mantener un margen de seguridad no colocando dos anclajes a menos de 25 cm. Entre ellos y no a menos de 30 cm. De bordes, fisuras, lajas, agujeros, etc.En el mercado se pueden encontrar muchas marcas y modelos de anclajes, pues el hecho de que se utilicen en la construcción, aumenta la demanda y disminuye los costos, aun que algunas marcas especializadas como Fixe, Petzl y Raumer fabrican anclajes específicos mucho mejor elaborados, en aceros de muy alta calidad.Las resistencias de este tipo de anclajes puede variar muchísimo dependiendo de el material, el diámetro, la longitud, el tipo de expansión, la marca y claro esta por la roca, a demás se debe de considerar la resistencia de la plaqueta.
Cuando insertamos el parabolt en el agujero y apretamos la tuerca, el anillo metálico (Segmento de expansión) se monta por rotación sobre el cono de la varilla creando un mayor espesor, que genera una fuerza de expansión, que bloquea el paquete en su sitio. Sus ventajas más notables son:

·         Se adaptan a casi cualquier tipo de rosca
·         Al ser la expansión por anillo exterior no es necesario calcular la profundidad del barreno con exactitud
·         Usa el mismo diámetro de broca que el anclaje
·         Alta resistencia
·         Precios muy bajos
·         Se sabe si ha expandido bien al apretarlo
·         Se puede colocar con la plaqueta premontada


Colocación:


1.- Comprobar la calidad de la roca.
2.- Elegir la broca del mismo diámetro que el anclje.
3.- taladrar la roca perpendicularmente a la misma, haciendo el agujero más largo que el anclaje. No retacar el agujero metiendo y sacando la broca. El Agujero ha de hacerse de un tirón, de lo contrario corremos el riesgo de que no expanda bien y gire loco al tratar de apretar la chapa. Si hacemos el agujero lo suficientemente grande es posible autodestruir el anclaje introduciendolo en su totalidad y que no quede práctiamente marca de nuestro paso.
4.- Soplar el agujero para limpiar de virutas y polvo.
5.- Introducir un poco el anclaje (solo o ya con la chapa).
6.- Golpear con la maza sobre el vástago del anclaje nunca sobre la tuerca, pero la tuerca debe estar levemente por detrás de la cabeza del anclaje. Se introduce el anclaje hasta que haga tope con la roca.
7.- Apretar con la llave (nº 17 para parabolts métrica 10 y nº 19 para métrica 12). Sin sobrepasar su par de apriete máximo. Si apretamos con demasiada fuerza (con las dos manos por ejemplo) estamos rompiendo el anclaje por torsión.

Fijaciones  Químicas

Los anclajes químicos son la combinación de una varilla con un ojal (Tensor) o una varilla roscada con una plaqueta convencional y una resina epóxica, esta resina crea un vinculo intimo entre la roca y el tensor, estas resinas funcionan como un pegamento de altísima resistencia por lo general son mucho más fuertes incluso que la roca que los alberga. Los tensores son de acero galvanizado, acero tropicalizado y acero inoxidable. Fixe, Petzl y Raumer fabrican los mejores tensores del mercado junto con Cassin en aceros de muy buena calidad que garantizan hasta 60 años de uso.


Cuando aplicamos una resina esta pasa por tres tiempos que son los siguientes:

·        Mezcla: Es cuando unimos la resina con el catalizador
·        Tiempo de fraguado: Es el tiempo en que se puede manipular la mezcla, antes de que endurezca
·        Tiempo de curado: es el tiempo que tiene que pasar antes de que podamos aplicar alguna carga a nuestros anclajes.

El tiempo de secado y de fraguado puede variar dependiendo de el tipo y marca del producto que utilicemos, así como de la humedad y temperatura del medio ambiente, pero en general mientras mas alta es la temperatura mas cortos son los tiempos, pero también hay que ser mas rápidos, para evitar que te quedes con la resina seca en las manos.

Así pues es importante que conozcas muy bien los tiempos de secado del producto antes de realizar la mezcla, para saber con cuanto tiempo cuentas, es por eso que es muy importante leer las instrucciones del producto y las tablas que lo acompañan antes de que comiences. Por otra parte deberás preparar todos los barrenos antes para de ese modo colocar todos los anclajes de una sola vez, y de esta forma evitar que se te seque la mezcla.

Un anclaje químico no puede a diferencia de los mecánicos recibir cargas inmediatamente es por eso que es muy importante señalar de manera clara que los anclajes no se pueden utilizar hasta la fecha indicada

Existen varios tipos de resinas, las más conocidas son el HY150, HY RE500 y el HVU de Hilti, El Ceramic 6 de Epcon, el C-380 de Fesit y el Sikadur 31 de Sika

 

Producto
Temperatura
tiempo fraguado
tiempo curado
Hilti HY 150
18 min
6 h.
Hilti HY 150
13 min
4 h.
Hilti HY 150
20º
8 min
2,5 h.
Hilti HY 150
35º
4 min
1,5 h,
Sika HVU
20º a 35º
20 min
1 h.

Pero en todos los casos, el tiempo de fraguado y de curado son muy largos, por lo que este tipo de anclajes no se pueden utilizar inmediatamente, si  no hasta después del tiempo de curado, y lo mejor es usarlos hasta después de  72 horas, para estar seguros de que han curado por completo.

Cuando no se usa pistola automezcladora y se utilizan cápsulas es preciso realizar una buena mezcla del producto con ayuda del ancjaje (tensór) para ello se introducirá lentamente el tensor en el agujero mientras se va girando en una dirección dando, al menos 20 giros completos antes del fraguado.

Por otra parte es importante que el agujero quede bien limpio de polvo de perforación, utiliza para ello una bomba sopladora y un cepillo de limpieza adecuado.

Intenta tocar lo menos posible el bástago del anclaje con las manos para que no se ensucie de sudor u otras sustancias y el contacto con el cemento sea bueno.

COMPARATIVA ENTRE ANCLAJES:

 

Tipos de anclajes
Marca
Diámetro mm.
Longitud mm.
Material
Carga (Kg)
Auto perforante
Spit SDR
8
33
Acero cementado
1200
Auto perforante
Spit SDR
10
40
Acero cementado
1500
Cuña interna
Hilti HKD
8
25
Acero galvanizado
1200
Cuña interna
Hilti HKD
10
40
Acero galvanizado
1800
Cuña interna
Petzl Long Life
12
47
Acero inoxidable
2500
Cuña interna
Raumer Long Life
10
40
Acero inoxidable
2200
Anillo
Raumer
10
70
Acero inoxidable
3000
Anillo
Raumer
10
80
Acero inoxidable
3500
Anillo
Raumer
10
85
Acero inoxidable
3500
Anillo
Hilti
10
90
Acero galvanizado
2400
Anillo
Hilti
12
115
Acero galvanizado
3000
Anillo
Hilti
10
90
Acero inoxidable
2500
Anillo
Hilti
12
115
Acero oxidable
3000
Químico
10
70
Acero oxidable
2500
Químico
12
100
Acero oxidable
4000

 

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