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- Concreto fisurado en diseño de anclajes
Comprendiendo los atributos adicionales en productos cortafuego
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El significado de las fisuras en el concreto desde una perspectiva de ingeniería estructural
En 1849, un jardinero francés llamado Josef Monier inventó el principio del concreto armado. Su patente de 1881 marcó el comienzo del uso significativo de este nuevo material. En el mismo año, los ingenieros prusianos A. G. Wayss y M. Koenen entendieron el principio básico del concreto armado, a saber, que el acero absorbe todas las tensiones y el concreto solo proporciona resistencia a la compresión. Así nació la verdadera teoría del concreto armado.
Siempre se supone una zona de tensión fisurada en el diseño general de construcción de concreto armado, y esta condición por sí sola no representa un peligro para la seguridad (aunque puede haber algunas preocupaciones con respecto a la durabilidad). Pero en el proceso de diseño de una conexión de placa de anclaje de acero, este tema es claramente de mayor importancia, ya que las fisuras en un material base de anclaje no solo perjudican la distribución de la tensión resultante de los anclajes cargados, sino que también conducen al mal funcionamiento grave de los anclajes que están no apto para esta condición.
Como ingeniero, usted es el responsable de asumir en su estrategia de diseño si el concreto está fisurado o no en el área de fijación, así como de seleccionar y diseñar la conexión de la placa de anclaje en consecuencia. Sin embargo, debe tener en cuenta que los resultados de este proceso pueden variar significativamente según el supuesto inicial y el sistema de anclaje seleccionado.
Como regla general, uno debe suponer que el concreto está fisurado, a menos que se demuestre lo contrario (por ejemplo, realizando un análisis exhaustivo de tensiones o una inspección visual documentada de fisuras).
Para tomar una decisión bien fundada, es posible que le interesen los conceptos básicos de fijación en concreto fisurado, que se tratan en este artículo (el enfoque aquí está en condiciones estáticas; cubriremos condiciones sísmicas en un artículo futuro). Todas las referencias están incluidas al final de la página.
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¿Qué tan fisurado estará el concreto?
El concreto tiene una baja resistencia a la tracción, por lo que también se esperan fisuras en condiciones de servicio en componentes de flexión o tensión. La experiencia muestra que los anchos de las fisuras que resultan principalmente de cargas cuasi-estáticas (cargas muertas más una fracción de la carga viva) no exceden el valor de w95% ~ 0.3 mm a 0.4 mm. Se esperan fisuras más anchas bajo cargas de servicio máximas permisibles, que alcanzan w95% ~ 0.5 mm a 0.6 mm [2],[3],[4].
Frecuencia relativa del ancho de fisura, medido
bajo cargas de servicio máximas ([2],[3],[4])
Las fisuras dependen tanto de fuerzas internas como externas
Las fisuras se forman en un miembro reforzado no solo debido a la acción de fuerzas (transferidas desde la fijación u otros elementos en la estructura) sino también antes como resultado del proceso de fraguado del concreto (contracción). Además, las tensiones pueden ocurrir a través de fuerzas de restricción debido a diferencias de temperatura, deformación obstaculizada o asentamiento de la base que, a su vez, puede causar grietas.
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Si el concreto está tenso
es muy probable que las fisuras se crucen con el anclaje
Se ha observado que cuando se forman fisuras en un miembro de concreto, es muy probable que se crucen con la ubicación del anclaje directa o tangencialmente [1]. Esto ocurre porque existen mayores tensiones de tensión alrededor del anclaje como resultado de las tensiones radiales asociadas con el pretensado y la carga del anclaje y la concentración de tensión causada por la presencia del orificio del anclaje (efecto de muesca).
La probabilidad de que se formen fisuras en relación con la posición del anclaje
es muy alta, debido a la concentración de tensión y la
discontinuidad causada por la fijación en sí.
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El campo de mayor tensión asociado con las fisuras reduce la carga
En concreto no fisurado, un anclaje con carga de tensión genera un patrón de tensión rotacionalmente simétrico alrededor del anclaje [1]. Si el anclaje se encuentra en fisuras, las tensiones de tracción ya no se pueden transferir a través del plano de fisuras y no se distribuyen rotacionalmente (alteración del campo de tensión rotacional). Esto reduce la carga de falla en caso de falla del cono de concreto.
Distribución de fuerzas en el anclaje.
zona en concreto no fisurado y fisurado [1]
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Un anclaje diseñado en concreto no fisurado,
puede exhibir deslizamiento incontrolado cuando se carga en concreto tensado
El efecto del fisurado, no es solo en la carga máxima de la fijación. De hecho, el comportamiento del desplazamiento de la carga también puede variar significativamente de acuerdo con la capacidad del anclaje para responder a la abertura de la muesca. Por ejemplo, los anclajes de expansión controlados por torque, que no son adecuados para aplicaciones en concreto fisurado, pueden exhibir un deslizamiento incontrolado cuando se cargan en tensión en las fisuras. Los desplazamientos incontrolados que causan desviaciones impredecibles son un riesgo tanto para SLS como para SLU, especialmente para algunas aplicaciones como estructuras independientes, voladizos y conexiones de vigas rígidas.
Curvas esquemáticas de desplazamiento de
carga de anclajes controlados por torque controlado [1]
en tensión en concreto fisurado y no fisurado
a) Anclajes adecuados para su uso en concreto fisurado
b) Anclajes no aptos para su uso en concreto fisurado
Para concluir
En general, se esperan fisuras en el concreto, y la ubicación probable de las fisuras se puede predecir fácilmente en la posición de anclaje, lo que implica una reducción de la capacidad de carga o mayores deformaciones. Recomendamos que siempre considere el concreto como fisurado en su diseño, a menos que se trate de aplicaciones donde está claro que el concreto nunca se tensará, como la fijación ligera en elementos de concreto pretensados (debe ser probado en cualquier caso). De lo contrario, los anclajes calificados para su uso en concreto tensado deben usarse para garantizar la seguridad a través de un diseño adecuado, mientras que las soluciones para las cuales no se ha evaluado el rendimiento en esta condición no pueden garantizar una confiabilidad adecuada.
Referencias
[1] Eligehausen R.; Mallee, R.; Silva, J.F. (2006): Anchorage in concrete construction, Ernst & Sohn, Berlin 2006
[2]Schiessl, P. (1986): Crack influence of the durability of reinforced and prestressed concrete components. Schriftenreihe des Deutschen Ausschuss für Stahlbeton, No. 370, Ernst & Sohn, Berlin 1986 (in German)
[3] Bergmeister, K. (1988): Stochastic in fixing technology based on realistic influenced parameters, Doctor Thesis, University of Innsbruck, 1988 (in German)
[4] Eligehausen, R.; Bozenhardt, A. (1989): Crack widths as measured in actual structures and conclusions for the testing of fastening elements. Report No. 1/42-89/9, Institute of Construction Materials, University of Stuttgart, August 1989