Tabla 34-5C. Resistencias de diseño para anclajes individuales hormigonados in situ solicitados a cargas de tracción (fc = 6000 psi)1,2,4 (Las Notas referidas a esta tabla se encuentran en la página 34-15) - I

Tabla 34-5B. Resistencias de diseño para anclajes individuales hormigonados in situ solicitados a cargas de tracción (f'c = 4000 psi)1,2,4 (Las Notas referidas a esta tabla se encuentran en la página 34-15) - II

Tabla 34-5B. Resistencias de diseño para anclajes individuales hormigonados in situ solicitados a cargas de tracción (f'c = 4000 psi)1,2,4 (Las Notas referidas a esta tabla se encuentran en la página 34-15) - I

Tabla 34-5A. Resistencias de diseño para anclajes individuales hormigonados insitu solicitados a cargasde tracción (f'c = 2500 psi)1,2,4 (Las Notas referidas a esta tabla se encuentran en la página 34-15) Part 2

Tabla 34-5A. Resistencias de diseño para anclajes individuales hormigonados in situ solicitados a cargas de tracción (f'c = 2500 psi)1,2,4 (Las Notas referidas a esta tabla se encuentran en la página 34-15) Part 1

NOTAS PARA LAS TABLAS 34-6A, B y C

NP – No practicable. Con la distancia a los bordes resultante, c, se obtiene un recubrimiento de menos de 3/4 in.

Toda la Simbología es igual a la utilizada en la sección D.0 del Apéndice D de ACI 318-02.

1. Las resistencias de diseño indicadas en las tablas corresponden a anclajes individuales hormigonados in situ, que solamente están próximos a un borde. Los valores no se aplican si la distancia a un borde medida de forma perpendicular a c1 es menor que 1,5c1. Ver Nota 9.

Los valores no se aplican si la distancia entre anclajes adyacentes es menor que 3c1, siendo c1 la distancia entre el centro del anclaje y el borde en la dirección del corte aplicado.

2. En las regiones de peligrosidad sísmica moderada o elevada (Zonas 2, 3 ó 4, de acuerdo con el UBC), o en las estructuras para las cuales se requiere un nivel de comportamiento o diseño sismorresistente intermedio o elevado (Categorías C, D, E o F, de acuerdo con el IBC), las resistencias de diseño de las tablas se deben reducir un 25%. Además, el anclaje se debe

diseñar de manera que la falla sea iniciada por un elemento de acero dúctil, a menos que se satisfaga el artículo D.3.3.5.

Esto significa que todas las resistencias de diseño basadas en los dos modos de falla del hormigón, φVcb y φVcp, deben ser mayores o iguales que la resistencia de diseño del acero al corte, φVs.

3. La resistencia al arrancamiento del hormigón del anclaje por corte, φVcp, se debe tomar igual a la resistencia al desprendimiento del hormigón por tracción, φNcb, cuando hef es menor que 2,5 in., e igual a dos veces φNcb cuando hef es mayor o igual que 2,5 in. Se debe suponer la Condición B (ver D.4.4) aún cuando haya armadura suplementaria que permita calificar para la Condición A (es decir, el factor de reducción de la resistencia, φ, se debe tomar igual a 0,70).

4. Para los fines del diseño la resistencia a la tracción del acero del anclaje, fut, debe ser menor o igual que 1,9fy ó 125.000 psi.

5. Las resistencias de diseño indicadas en las tablas se basan en el factor de reducción de la resistencia, φ, de la sección D.4.4.

Las cargas de corte mayoradas se deben calcular usando las combinaciones de cargas de 9.2. Las resistencias de diseño para el desprendimiento del hormigón del anclaje, Vcb, se basan en la Condición B. Si se coloca armadura suplementaria de manera de satisfacer la Condición A, las resistencias de diseño se pueden incrementar 7,1% para considerar que el factor de reducción de la resistencia se incrementa de 0,70 a 0,75.

6. Si un análisis indica que bajo cargas de servicio no habrá fisuración en la región del anclaje (ft < fr), las resistencias de diseño para el desprendimiento del hormigón en corte, φVcb, se puede aumentar un 40%.

7. En las regiones de un elemento donde un análisis indica que bajo cargas de servicio habrá fisuración, las resistencias dadas para la resistencia al desprendimiento del hormigón, φVcb, se puede incrementar de acuerdo con los factores especificados en el artículo D.6.2.7, siempre que se disponga armadura de borde de acuerdo con dicho artículo.

8. Las resistencias de diseño para el desprendimiento del hormigón, φVcb, se basan en una carga de corte aplicada de forma perpendicular al borde. Si la carga se aplica de forma paralela al borde las resistencias se pueden incrementar un 100%. 

9. Si el anclaje está ubicado cerca de una esquina y la distancia al borde perpendicular a la dirección del corte, c2, es menor que 1,5c1, las resistencias de diseño para el desprendimiento del hormigón, φVcb, se deben reducir multiplicándolas por el factor de modificación ψ6 determinado de la Ecuación (D-27). Los valores calculados en la tabla no se aplican si hay dos distancias a los bordes perpendiculares a la dirección del corte, c2, menores que 1,5c1. Ver D.6.2.4.

10. Este valor del espesor, h, no es posible porque la cabeza o el gancho se proyectarían por debajo de la superficie inferior del hormigón. Fue elegido para facilitar el cálculo mental de la distancia real al borde, c1, ya que el valor usado en los cálculos,

c1, depende de la longitud de empotramiento, hef.

11. Está permitido interpolar linealmente para obtener valores intermedios de la distancia a los bordes, c1. Interpolar linealmente entre los valores de la longitud de empotramiento, hef, es una práctica no conservadora.

12. Para un recubrimiento de hormigón de 3/4 in. y para c1 = 0,25hef y 0,50hef, ver la parte de la tabla correspondiente a h = hef. 

13. Para un recubrimiento de hormigón de 3/4 in. y para c1 = 0,25hef y 0,50hef, ver la parte de la tabla correspondiente a h = hef.
Para c1 = hef, ver la parte de la tabla correspondiente a h = 1,5hef.

NOTAS PARA LAS TABLAS 34-5A, B y C

NP – No practicable. Con la distancia a los bordes resultante, c, se obtiene un recubrimiento de menos de 3/4 in.

Toda la Simbología es igual a la utilizada en la sección D.0 del Apéndice D de ACI 318-02.

1. Las resistencias de diseño indicadas en las tablas corresponden a un anclaje individual hormigonado in situ, que solamente está próximo a un borde. Los valores no se aplican si la distancia entre anclajes adyacentes es menor que 3hef, o si la distancia perpendicular, c2, a la distancia al borde considerada, c1, es menor que 1,5hef.

2. En las regiones de peligrosidad sísmica moderada o elevada (Zonas 2, 3 ó 4, de acuerdo con el UBC), o en las estructuras para las cuales se requiere un nivel de comportamiento o diseño sismorresistente intermedio o elevado (Categorías C, D, E o F, de acuerdo con el IBC), las resistencias de diseño de las tablas se deben reducir un 25%. Además, el anclaje se debe diseñar de manera que su resistencia sea gobernada por un elemento de acero dúctil, a menos que se satisfaga el artículo

D.3.3.5. Por lo tanto, las resistencias de diseño basadas en los tres modos de falla del hormigón, φNcb, φNpn y φNsb, deben ser mayores o iguales que la resistencia de diseño del acero a tracción, φNs. Este requisito prohíbe usar bulones de anclaje con ganchos en las zonas sísmicas mencionadas.

3. Para los fines del diseño la resistencia a la tracción del acero del anclaje, fut, debe ser menor o igual que 1,9fy ó 125.000 psi. 

4. Las resistencias de diseño indicadas en las tablas se basan en el factor de reducción de la resistencia, φ, de la sección D.4.4.

La carga de tracción mayorada Nu se debe calcular usando las combinaciones de cargas especificadas en 9.2. Las resistencias de diseño para el desprendimiento del hormigón de un anclaje, φNcb, arrancamiento del anclaje, φNpn, y descascaramiento del recubrimiento lateral de hormigón, φNsb, se basan en la Condición B. Si se dispone armadura suplementaria para satisfacer la Condición A, las resistencias de diseño para φNcb y φNsb se pueden incrementar 7,1% para considerar que el factor de reducción de la resistencia se incrementa de 0,70 a 0,75. Este incremento no se aplica a la resistencia al arrancamiento del anclaje, φNpn.

5. Las resistencias de diseño para el desprendimiento del hormigón por tracción, φNcb, se basan en Nb determinado de acuerdo con la Ecuación (D-7), y se aplican para anclajes con cabeza y con gancho. Para determinar la resistencia de diseño de los bulones con cabeza para los cuales la longitud de empotramiento, hef, es mayor que 11 in. de acuerdo con la Ecuación (D- 8), multiplicar el valor tabulado por [2 (hef 5/3)] / [3 (hef 1,5)].

6. Si un análisis indica que bajo cargas de servicio no habrá fisuración en la región del anclaje (ft < fr), las resistencias de diseño para el desprendimiento del hormigón por tracción, φNcb, se pueden aumentar un 25%.

7. Las resistencias de diseño para el arrancamiento del anclaje por tracción, φNpn, correspondientes a bulones con cabeza cuyo diámetro, do, es menor que 1-3/4 in. se basan en bulones con cabeza hexagonal regular. Las resistencias de diseño correspondientes a los bulones de 1-3/4 y 2 in. se basan en bulones con cabeza hexagonal pesada. En el caso de los bulones en los cuales do es menor que 1-3/4 in. y cuyas cabezas tienen una superficie de apoyo, Abrg, mayor que la supuesta, las resistencias de diseño se pueden incrementar multiplicando por la superficie de apoyo real de la cabeza y luego dividiendo por la superficie de apoyo de la cabeza hexagonal regular.

8. Las resistencias de diseño para el arrancamiento del anclaje por tracción, φNpn, correspondiente a bulones con gancho en los cuales la longitud del gancho, eh, está comprendida entre 3 y 4,5 veces el diámetro, do, se pueden determinar por interpolación.

9. Si un análisis indica que bajo cargas de servicio no habrá fisuración en la región del anclaje (ft < fr), las resistencias de diseño para el arrancamiento del anclaje por tracción, φNpn, se pueden aumentar un 40%.

10. Las resistencias de diseño para el descascaramiento del recubrimiento lateral de hormigón por tracción, φNsb, se aplican a los bulones con cabeza solamente cuando la distancia al borde, c, es menor que 0,4hef. Los valores correspondientes a 0,4hef solamente se incluyen para permitir la interpolación. Las resistencias de diseño correspondientes a los bulones en los cuales el diámetro, do, es menor que 1-3/4 in. se basan en bulones con cabeza hexagonal regular. Las resistencias de diseño

correspondientes a los bulones de 1-3/4 y 2 in. se basan en bulones con cabeza hexagonal pesada. En el caso de los bulones en los cuales do es menor que 1-3/4 in. y cuyas cabezas tienen una superficie de apoyo, Abrg, mayor que la supuesta, las resistencias de diseño se pueden incrementar multiplicando por la raíz cuadrada del cociente que resulta de dividir la superficie de apoyo real de la cabeza por la superficie de apoyo de la cabeza hexagonal regular ( Abrg2 / Abrg1 ).

TABLAS DE DISEÑO PARA ANCLAJES INDIVIDUALES HORMIGONADOS IN SITU

Incluimos algunas tablas que servirán de ayuda para diseñar anclajes individuales solicitados a cargas de tracción o de corte.

Las Tablas 34-5A, B y C dan las resistencias a la tracción de diseño, φNn, para anclajes individuales en hormigón con f'c de 2500, 4000 y 6000 psi, respectivamente. Las Tablas 34-6A, B y C dan las resistencias al corte de diseño, φVn, para anclajes individuales con f'c de 2500, 4000 y 6000 psi, respectivamente. También se incluyen algunas resistencias a la tracción especificadas del acero, fut, que abarcan la mayor parte de los materiales que se utilizan en la actualidad. Cada grupo de tablas

viene acompañado por notas que explican las hipótesis utilizadas para desarrollar las tablas y cómo ajustar los valores para condiciones que difieren de las supuestas.

De acuerdo con D.8.2, las distancias mínimas a los bordes para los anclajes con cabeza hormigonados in situ no sometidos a torque se deben basar en el recubrimiento mínimo de hormigón indicado en la sección 7.7. Por lo tanto, técnicamente el recubrimiento de hormigón puede ser de muy poco espesor, hasta 3/4 in. Si el recubrimiento sobre vástago del anclaje es así de pequeño, la cabeza del anclaje terminará teniendo un recubrimiento menor que 3/4 in. Por motivos de protección contra la corrosión y para considerar las tolerancias de la instalación (ubicación y alineación) de los anclajes, se recomienda proveer para los anclajes hormigonados in situ un recubrimiento mínimo de hormigón de 1-1/2 in. Las Tablas 34-5 y 34-6 incluyen las resistencias de diseño para anclajes hormigonados in situ que tienen un recubrimiento mínimo de 1-1/2 in.

INSTALACIÓN DE LOS ANCLAJES

Los anclajes hormigonados in situ se deben instalar de acuerdo con la documentación de obra. Para los anclajes roscados se debería utilizar una plantilla de metal o madera colocada sobre la superficie de hormigón, con tuercas a cada lado, para así sostener a los anclajes en la posición correcta mientras se coloca el hormigón, se lo compacta y endurece. Las especificaciones del proyecto deberían exigir que los anclajes incorporados al hormigón endurecido se instalen de acuerdo con las instrucciones del fabricante. Como se observa en la sección RD.9, los ensayos para la evaluación de productos de acuerdo con ACI 355.2 se basan en las instrucciones de instalación del fabricante. Entre los ensayos de evaluación de productos de ACI 355.2 se realizan ensayos de confiabilidad (por ejemplo, sensibilidad a las variables de la instalación), y estos resultados se utilizan para establecer la categoría de los anclajes. En base a esta categoría se selecciona el factor φ (D.4.4).

INTERACCIÓN DE LOS ESFUERZOS DE TRACCIÓN Y CORTE

Los requisitos para la interacción entre los esfuerzos de tracción y corte se basan en una aproximación trilineal de la siguiente ecuación de interacción (ver Figura RD.7):

Resistencia al arrancamiento del hormigón de los anclajes por corte

La resistencia al arrancamiento del hormigón de un anclaje por corte puede ser determinante en el caso de los anclajes cortos y relativamente rígidos. La Figura RD.4.1(b)(ii) ilustra este modo e falla. Este modo de falla se puede visualizar si pensamos en una barra No. 8 que tiene 2 in. empotradas en el hormigón y 3 ft sobresaliendo del hormigón. Una leve presión en la parte superior de la barra hará que la barra "arranque" el hormigón.

Resistencia al desprendimiento del hormigón de los anclajes por corte

La Figura RD.4.1(b)(iii) ilustra fallas típicas por desprendimiento del hormigón correspondientes a anclajes solicitados a un esfuerzo de corte dirigido hacia un borde libre. La Ecuación (D-20) da la resistencia al desprendimiento del hormigón para anclajes individuales, mientras que la Ecuación (D-21) corresponde a grupos de anclajes solicitados a  corte. En aquellos casos en los cuales la dirección del esfuerzo de corte se aleja del borde libre no es necesario considerar la resistencia al desprendimiento del hormigón.

A continuación discutimos cada uno de los términos de las Ecuaciones (D-20) y (D-21).

Resistencia al corte del acero de los anclajes

Para los anclajes hormigonados in situ la resistencia al corte del acero se determina mediante la Ecuación (D-17) si se trata de pernos con cabeza o mediante la Ecuación (D-18) si se trata de bulones con cabeza o bulones con gancho, usando el área efectiva de la sección transversal del anclaje, Ase, y la resistencia a tracción especificada del acero del anclaje, fut. Para los anclajes mecánicos incorporados al hormigón endurecido la resistencia al corte del acero se determina mediante la Ecuación (D-19) usando el área efectiva de la sección transversal del anclaje, Ase, y la resistencia a tracción especificada del acero del anclaje, fut. Si el anclaje mecánico incorporado al hormigón endurecido es un anclaje con camisa, y si la camisa atraviesa el plano de corte, se puede utilizar un término adicional provisto en la Ecuación (D-19) que utiliza el área de la camisa, Asl y la resistencia a la tracción especificada de la camisa, futsl.

Para los anclajes hormigonados in situ (es decir, para los anclajes con cabeza, los pernos con cabeza y las barras con gancho) el área efectiva de la sección transversal del anclaje (Ase) es el área neta traccionada (anclajes roscados) o el área bruta traccionada (pernos con cabeza soldados a una placa de fijación). Estas áreas se indican en la Tabla 34-2. Si los filetes de la rosca de un anclaje con cabeza están ubicados bastante por encima del plano de corte (como mínimo dos diámetro s), para el corte se puede utilizar el área bruta del anclaje. Para los anclajes de geometría no habitual la resistencia nominal del acero se puede tomar como el percentil 5 inferior obtenido de los resultados de ensayo. Para los anclajes mecánicos incorporados al hormigón endurecido, el área efectiva de la sección transversal del anclaje, Ase, y el área efectiva de la sección transversal de la camisa, 

Asl, se deben determinar a partir de los resultados de los ensayos de evaluación de productos de ACI 355.2. La Tabla 34-3 muestra un ejemplo.

Hay una limitación que establece que el valor de fut utilizado en las Ecuaciones (D-17), (D-18) y (D-19) debe ser menor o igual que 1,9fy ó 125.000 psi. La intención del límite de 1,9fy impuesto a fut es asegurar que, bajo condiciones de carga de servicio, el anclaje no supere la tensión de fluencia, y típicamente sólo es aplicable al acero inoxidable. El límite de 125.000 psi se fundamenta en la base de datos utilizada para desarrollar los requisitos del Apéndice D. La Tabla 34-1 contiene valores de fy y fut correspondientes a los materiales típicamente utilizados para los anclajes. Observar que ninguna de las limitaciones se aplica a los materiales típicos incluidos en la Tabla 34-1. Para los anclajes fabricados conforme a especificaciones para los cuales se indica no un único valor sino un rango de resistencia a la tracción especificada fut (por ejemplo, ASTM F 1554), para calcular la resistencia de diseño se debe utilizar el valor límite inferior. Para los anclajes incorporados al hormigón endurecido, tanto fy como fut y futsl se deben determinar en base a los resultados de los ensayos de evaluación de productos de ACI 355.2. La Tabla 34-3 muestra un ejemplo.

Si se utilizan asientos de mortero colocado en capas, los valores de la resistencia nominal al corte dados por las Ecuaciones (D- 17), (D-18) y (D-19) se deben reducir un 20% para tomar en cuenta las tensiones de flexión que se desarrollan en el anclaje si el mortero se fractura al aplicar la carga de corte.

REQUISITOS DE DISEÑO PARA CARGAS DE CORTE

En la sección D.6 se especifican métodos para determinar la resistencia nominal al corte controlada por la resistencia del acero y por las diferentes resistencias relacionadas con los anclajes en sí. La resistencia nominal al corte del acero se basa en la resistencia a la tracción especificada del acero, usando la Ecuación (D-17) para los pernos con cabeza, la Ecuación (D-18) para los bulones con cabeza y los bulones con gancho, y la Ecuación (D-19) para los anclajes incorporados al hormigón endurecido.

La resistencia nominal al arrancamiento por corte del hormigón de un anclaje se basa en la resistencia al desprendimiento del hormigón de un anclaje por tracción [Ecuación (D-20) para los anclajes individuales o Ecuación (D-21) para los grupos de anclajes] o bien en la resistencia al arrancamiento del hormigón por corte [Ecuación (D-28)]. Al combinar estas resistencias con los factores de reducción de la resistencia de D.4.4, la menor de estas resistencias será la que determine la resistencia al corte de diseño del anclaje.

DISTANCIAS A LOS BORDES, SEPARACIONES Y ESPESORES REQUERIDOS PARA IMPEDIR LA FALLA POR HENDIMIENTO

La sección D.8 contiene requisitos sobre distancias mínimas a los bordes, separaciones mínimas y espesores mínimos de los elementos cuyo objetivo es impedir la potencial falla por hendimiento de los elementos estructurales. Para los anclajes hormigonados in situ no sometidos a torque (por ejemplo para los pernos con cabeza o los bulones con cabeza que no se someten a una precarga elevada después de instalar el dispositivo de fijación), la distancia mínima a los bordes y el espesor del elemento se deben establecer en base a los requisitos de recubrimiento de hormigón especificados en la sección 7.7, y la mínima separación de los anclajes es de 4do. Para los anclajes hormigonados in situ sometidos a torque (por ejemplo para los bulones con cabeza que se someten a una precarga  elevada una vez que el dispositivo de fijación está instalado), la distancia mínima a los bordes y la separación mínima son de 6do, y el espesor mínimo del elemento se debe determinar en base a los

requisitos de recubrimiento de hormigón especificados en la sección 7.7.

Durante su instalación los anclajes mecánicos incorporados al hormigón endurecido pueden ejercer grandes presiones laterales sobre el dispositivo de expansión empotrado, y estas presiones pueden provocar una falla por hendimiento. En el caso de los anclajes mecánicos incorporados al hormigón endurecido, las distancias mínimas a los bordes, las separaciones mínimas y el

espesor mínimo del elemento se deben determinar en base a los resultados de ensayos específicos de cada producto desarrollados de acuerdo con los ensayos de evaluación de productos especificados en ACI 355.2. En la Tabla 34-3 se ilustra un ejemplo. Si no se dispone de resultados de ensayos específicos para el producto considerado se deberían utilizar los siguientes valores: una separación mínima para los anclajes de 6do; una distancia mínima a los bordes de 6do para los anclajes rebajados, 8do para los anclajes controlados por el torque, y 10do para los anclajes controlados por el desplazamiento; y un espesor mínimo del elemento igual a 1,5hef, aunque no es necesario que este valor sea mayor que hef más 4 in. La norma ACI 355.2 (Referencia 34.4) contiene ejemplos de cada uno de estos tipos de anclajes. En todos los casos la distancia mínima a los bordes y el espesor

del elemento deben satisfacer los requisitos de recubrimiento mínimo de hormigón indicados en 7.7.

Para los anclajes no sometidos a torque, D.8.4 presenta un método que permite utilizar un anclaje de gran diámetro próximo a un borde, o anclajes con una separación menor que la requerida por los artículos D.8.1 a D.8.3. En este caso, para evaluar la resistencia del anclaje y para determinar la mínima distancia a los bordes y la separación mínima requerida, se utiliza un diámetro de anclaje ficticio, d'o.

Descascaramiento del recubrimiento lateral de hormigón de los anclajes traccionados

La resistencia al descascaramiento del recubrimiento lateral de hormigón de un anclaje traccionado se relaciona con la presión lateral que se desarrolla alrededor de la cabeza empotrada de un anclaje cuando éste está solicitado a tracción. Si para un anclaje individual con cabeza la mínima distancia a un borde libre es menor que 0,4hef, se debe considerar el descascaramiento del recubrimiento lateral de hormigón usando la Ecuación (D-15). Si el anclaje está ubicado de manera que la distancia a un

borde libre perpendicular al borde libre más próximo es menor que tres veces la distancia entre el anclaje y el borde más próximo, a la Ecuación (D-15) se le debe aplicar un factor de reducción adicional igual a [(1 + c2)/c)/4], siendo c la distancia al borde más próximo y c2 la distancia al borde ortogonal.

La resistencia al descascaramiento del recubrimiento lateral de hormigón de un grupo de anclajes traccionados se puede calcular usando la Ecuación (D-15), siempre que la separación paralela a un borde libre entre los anclajes individuales sea mayor o igual que seis veces la distancia al borde. Si la separación de los anclajes es menor que seis veces la distancia al borde libre se debe utilizar la Ecuación (D-16).

Resistencia al arrancamiento de los anclajes por tracción

En la Figura RD.4.1(a)(ii) se ilustra un esquema del modo de falla por arrancamiento de un anclaje por tracción. La resistencia

al arrancamiento de los anclajes hormigonados in situ se relaciona con la superficie de apoyo en el extremo empotrado, Abrg, y

con las propiedades de los ganchos empotrados (eh y do) para los anclajes en forma de J y los anclajes en forma de L.

Obviamente, si un anclaje no tiene cabeza ni gancho, éste será arrancado del hormigón y no será capaz de desarrollar la

resistencia al desprendimiento del hormigón en forma de cono (D.5.2). La Ecuación (D-12) indica el requisito general para la resistencia al arrancamiento de un anclaje por tracción, mientras que las Ecuaciones (D-13) y (D-14) indican los requisitos específicos para anclajes con cabeza y con gancho, respectivamente.

En el caso de los anclajes con cabeza, la superficie de apoyo de la cabeza empotrada (Abrg) es el área bruta de la cabeza menos el área bruta del vástago del anclaje (es decir, no es el área de la cabeza empotrada). Para aumentar la superficie de apoyo, Abrg, se pueden utilizar arandelas o placas cuya área sea mayor que la de la cabeza del anclaje; de este modo también aumentará la resistencia al arrancamiento del anclaje por tracción (ver D.5.2.7). En las regiones de peligrosidad sísmica moderada o elevada, o en las estructuras para las cuales se requiere un nivel de comportamiento o diseño sismorresistente intermedio o elevado, cuando un bulón con cabeza se diseña como un elemento de acero dúctil de acuerdo con D.3.3.4, puede ser necesario utilizar un bulón con una cabeza más grande o bien una arandela para aumentar la resistencia al arrancamiento de diseño, φNpn, y asegurar que el acero falle antes que falle la porción empotrada del anclaje. La Tabla 34-2 contiene valores de Abrg correspondientes a los bulones con cabeza, las tuercas y las arandelas más habituales. Las Tablas 34-5A, B y C se pueden utilizar para determinar rápidamente situaciones en las cuales un anclaje no proveerá una resistencia al arrancamiento adecuada, en cuyo caso se deberá

aumentar el tamaño del anclaje. 

Para los anclajes en J o en L, la longitud mínima del gancho medida desde la superficie interna del vástago del anclaje es 3do, mientras que la longitud máxima para calcular la resistencia al arrancamiento del anclaje mediante la Ecuación (D-14) es 4,5do.

Excepto para los hormigones de alta resistencia, es difícil lograr para los anclajes con gancho una resistencia al arrancamiento de diseño que sea mayor o igual que la resistencia a la tracción de diseño del acero. Por ejemplo, un bulón con gancho de 1/2 in. de diámetro con la longitud máxima de gancho (4,5do) permitida para evaluar la resistencia al arrancamiento mediante la Ecuación (D-14) requiere una f'c como mínimo igual a 8700 psi para desarrollar la resistencia a la tracción de diseño de un anclaje ASTM A 307, Grado C, o ASTM F 1554, Grado 36 (fut = 58 ksi). Esto básicamente excluye el uso de anclajes con gancho en numerosas aplicaciones en las cuales hay cargas de tracción de origen sísmico, debido a las limitaciones de D.3.3.4 que establecen que la resistencia de una conexión debe ser controlada por la resistencia de los elementos de acero dúctil. 

Para los anclajes incorporados al hormigón endurecido, el valor de la resistencia al arrancamiento de un anclaje por tracción, Np, se debe determinar a partir de los resultados de los ensayos de evaluación de productos de ACI 355.2. Ver Tabla 34-3.

Resistencia al desprendimiento del hormigón de los anclajes traccionados - II

Si para incrementar la superficie de apoyo de la cabeza de un anclaje se utiliza una placa o una arandela, el valor 1,5hef se puede medir a partir del perímetro efectivo de la placa o arandela. Este perímetro efectivo se define en D.5.2.7. Si se utiliza una placa o arandela, la superficie proyectada AN se puede calcular proyectando la superficie de falla 1,5hef hacia afuera a partir del perímetro efectivo de la placa o arandela. Ver la Figura 34-1.

Figura 34-1 – Efecto de una arandela sobre la superficie de falla proyectada para el desprendimiento del hormigón por tracción

Resistencia al desprendimiento del hormigón de los anclajes traccionados - I

La Figura RD.4.1(a)(iii) ilustra una típica falla por desprendimiento del hormigón de un anclaje traccionado (falla de un cono de hormigón) correspondiente a un único anclaje con cabeza hormigonado in situ solicitado a tracción. La Ecuación (D-4) da la resistencia al desprendimiento del hormigón para un único anclaje, mientras que la Ecuación (D-5) da la resistencia al desprendimiento del hormigón para un grupo de anclajes traccionados.

A continuación discutimos cada uno de los términos de las Ecuaciones (D-4) y (D-5).

Nb = La resistencia básica al desprendimiento del hormigón de un anclaje traccionado, correspondiente a un anclaje individual alejado de los bordes y de otros anclajes (Nb) está dada por las Ecuaciones (D-7) o (D-8). Como se mencionó anteriormente, la principal diferencia entre estas dos ecuaciones y las del método del cono de 45 grados es el uso de hef 1,5

en la Ecuación (D-7) [o alternativamente hef

5/3 para los anclajes en los cuales hef ≥ 11 in. en la Ecuación (D-8)] en lugar de hef
2. El uso de hef
1,5 considera los principios de la mecánica de fractura, y se puede interpretar de la siguiente manera:

El enfoque de la mecánica de fractura considera las elevadas tensiones de tracción que existen en el extremo empotrado del anclaje, mientras que otros enfoques (tales como el método del cono de 45 grados) asumen que las tensiones se distribuyen uniformemente sobre la superficie de falla supuesta.
La constante numérica k igual a 24 en la Ecuación (D-7) (o k igual a 16 en la Ecuación (D-8) si hef ≥ 11 in.) se basa en el percentil 5 de los resultados obtenidos para anclajes con cabeza hormigonados in situ en hormigón fisurado. Se deben utilizar estos valores de k, a menos que mediante ensayos especiales se demuestre que se pueden aplicar valores de k más elevados. Observar que el ancho de fisura usado en los ensayos para establecer estos valores fue de 0,012 in. Si se anticipa la formación de fisuras de mayor ancho se debería colocar armadura de confinamiento para limitar el ancho de
las fisuras a aproximadamente 0,012 in., o bien se deberían realizar ensayos especiales con fisuras de mayor ancho.

individual alejado de los bordes el término ANo es la proyección rectilínea de una superficie de falla a 35 grados sobre la superficie de hormigón, con sus lados a una distancia de 1,5hef de la línea de centro del anclaje [Figura RD.5.2.1(a)].

El término AN es la proyección rectilínea de la superficie de falla a 35 grados sobre la superficie de hormigón, con sus lados a una distancia de 1,5hef de la línea de centro del anclaje o grupo de anclajes, o limitada por los anclajes adyacentes y/o los bordes libres. En la Figura RD.5.2.1(b) se ilustra la definición de AN . Para un anclaje individual ubicado a una distancia mayor o igual que 1,5hef del borde libre más próximo AN es igual a ANo

Resistencia a la tracción del acero de los anclajes

La resistencia a la tracción del acero se determina en base a la Ecuación (D-3), usando el área efectiva de la sección transversal del anclaje, Ase, y la resistencia a la tracción especificada del acero del anclaje, fut.

Para los anclajes hormigonados in situ (es decir para los anclajes roscados, pernos con cabeza y barras con gancho) el área efectiva de la sección transversal del anclaje, Ase, es el área neta traccionada (anclajes roscados) o el área bruta traccionada (pernos con rosca soldados a una placa de fijación). Estas áreas se indican en la Tabla 34-2. Para los anclajes de geometría no habitual la resistencia nominal del acero se puede tomar como el percentil 5 inferior obtenido de los resultados de ensayo. Para los anclajes mecánicos incorporados al hormigón endurecido, el área efectiva de la sección transversal del anclaje, Ase, se debe determinar a partir de los resultados de los ensayos de evaluación de productos de ACI 355.2. La Tabla 34-3 muestra un ejemplo.

Hay una limitación que establece que el valor de fut utilizado en la Ecuación (D-3) debe ser menor o igual que 1,9fy ó 125.000 psi. La intención del límite de 1,9fy impuesto a fut es asegurar que, bajo condiciones de carga de servicio, el anclaje no supere la tensión de fluencia, y típicamente sólo es aplicable al acero inoxidable. El límite de 125.000 psi se fundamenta en la base de datos utilizada para desarrollar los requisitos del Apéndice D. La Tabla 34-1 contiene valores de fy y fut correspondientes a los materiales típicamente utilizados para los anclajes. Observar que ninguna de las limitaciones se aplica a los materiales típicos incluidos en la Tabla 34-1. Para los anclajes fabricados conforme a especificaciones para los cuales se indica no un único valor

sino un rango de resistencia a la tracción especificada fut (por ejemplo, ASTM F 1554), para calcular la resistencia de diseño se debe utilizar el valor límite inferior. Para los anclajes incorporados al hormigón endurecido, tanto fy como fut se deben determinar en base a los resultados de los ensayos de evaluación de productos de ACI 355.2. La Tabla 34-3 muestra un ejemplo.

REQUISITOS DE DISEÑO PARA CARGAS DE TRACCIÓN

Esta sección contiene métodos para determinar la resistencia nominal a la tracción controlada por la resistencia del acero y por las diferentes resistencias relacionadas con el anclaje en sí. La resistencia nominal a la tracción del acero se basa en la resistencia a la tracción especificada del acero, Ecuación (D-3). La resistencia nominal a la tracción del anclaje se basa en (1) la resistencia al desprendimiento del hormigón de un anclaje traccionado, Ecuación (D-4) para anclajes individuales o Ecuación

(D-5) para grupos de anclajes; (2) la resistencia al arrancamiento de un anclaje por tracción, Ecuación (D-12); o (3) la resistencia al descascaramiento del recubrimiento lateral de hormigón de un anclaje traccionado, Ecuación (D-15) para anclajes individuales o Ecuación (D-16) para grupos de anclajes. Al combinar estas resistencias con los factores de reducción de la resistencia de D.4.4 o D.4.5, la menor de estas resistencias será la que determine la resistencia a tracción de diseño del anclaje.

Tabla 34-4 – Factores de reducción de la resistencia a utilizar con el Apéndice D

REQUISITOS GENERALES PARA LA RESISTENCIA DE LOS ANCLAJES

Esta sección presenta una discusión general sobre los modos de falla que se deben considerar para el diseño de los anclajes en hormigón. Esta sección también contiene factores de reducción de la resistencia, φ, para cada modo de falla. Los modos de falla que se deben considerar incluyen aquellos relacionados con la resistencia del acero y aquellos relacionados con la resistencia del empotramiento.

Los modos de falla relacionados con la resistencia del acero sin simplemente la falla por tracción [Figura RD.4.1(a)(i)] y la falla por corte [Figura RD.4.1(b)(i)] del acero del anclaje. La resistencia del acero del anclaje es relativamente fácil de calcular pero rara vez controla el diseño de una conexión, a menos que haya un requisito específico que indique que el diseño debe ser controlado por la resistencia de los elementos de acero dúctil.

En la Figura RD.4.1 del Apéndice D se ilustran los modos de falla que se deben considerar además de los relacionados con la resistencia del acero. Estos modos de falla incluyen:

• Desprendimiento del hormigón de un anclaje - Falla de un cono de hormigón que comienza en el extremo empotrado de un anclaje solicitado a tracción [Figura RD.4.1(a)(iii)], o en el punto donde un anclaje solicitado a corte ubicado cerca de un borde ingresa al hormigón [Figura RD.4.1(b)(iii)].

• Arrancamiento de un anclaje por tracción - Arrancamiento de un anclaje como el que se podría producir en el caso de un anclaje con cabeza pequeña [Figura RD.4.1(a)(ii).

• Descascaramiento del recubrimiento lateral de hormigón de un anclaje traccionado - Descascaramiento que se produce en la cabeza empotrada de un anclaje ubicado cerca de un borde libre [Figura RD.4.1(a)(iv)] 

• Arrancamiento del hormigón de un anclaje por corte - Modo de falla por corte que se produce cuando un anclaje corto arranca una cuña de hormigón de la parte posterior del anclaje [Figura RD.4.1(b)(ii)]

• Hendimiento - Modo de falla por tracción que se relaciona con los anclajes colocados en elementos de hormigón de relativamente poco espesor [Figura RD.4.1(a)(v)]

Como se observa en D.4.2, la sección "Requisitos Generales" también permite utilizar cualquier modelo de diseño que permita predecir resistencias que concuerden sustancialmente con los resultados de ensayos. Si considera que el método del cono de 45 grados o cualquier otro método satisface este requisito, el diseñador podrá usar dicho método. Caso contrario se deben utilizar los requisitos de diseño indicados en las demás secciones del Apéndice D, siempre que el diámetro de los anclajes sea menor o igual que 2 in. y que la longitud de empotramiento sea menor o igual que 25 in. Estas restricciones representan el límite superior de la base de datos en base a la cual se desarrollaron los requisitos de diseño del Apéndice D.

En cuanto a la selección de los factores φ adecuados para estos modos de falla, la presencia de armadura suplementaria diseñada para "fijar" el prisma de falla al elemento estructural determina si se debe aplicar el factor φ correspondiente a la Condición A o el factor φ correspondiente a la Condición B. Para el caso de los anclajes hormigonados in situ solicitados a corte dirigido hacia un extremo libre, la armadura suplementaria requerida para la Condición A se podría materializar utilizando armadura en forma de horquillas. Se debe observar que para determinar la resistencia al arrancamiento de un anclaje por tracción y la resistencia al arrancamiento del hormigón del anclaje por corte, Npn o Vcp, respectivamente, D.4 indica que en todos los casos se aplica la Condición B, independientemente de la presencia o ausencia de armadura suplementaria. Para los anclajes incorporados al hormigón endurecido es poco probable que se coloque este tipo de armadura, y por lo tanto normalmente se aplicará la Condición B. La selección de φ para los anclajes incorporados al hormigón endurecido también depende de la categoría del anclaje determinada en base a los ensayos de evaluación de productos de ACI 355.2. Entre los ensayos de evaluación del producto de ACI 355.2 se realizan ensayos de confiabilidad del producto (por ejemplo, sensibilidad a las variables de la instalación), y los resultados se utilizan para establecer la categoría del anclaje. Como cada anclaje mecánico incorporado al hormigón endurecido puede ser asignado a una categoría diferente, se recomienda utilizar informes que contengan datos sobre el producto obtenidos mediante ensayos conforme a ACI 355.2. En la Tabla 34-3 se ilustra una planilla correspondiente a un modelo de informe.

La Tabla 34-4 resume los factores de reducción de la resistencia, φ, que se deben utilizar con las diferentes condiciones determinantes, ya sea para las combinaciones de carga de 9.2 o del Apéndice C.