Ensayos preliminares de anclajes: cómo calcular la carga de ensayo

Un ensayo preliminar es un ensayo in situ sobre 5 anclajes que demuestra si un anclaje puede soportar la acción característica N_Ek (la carga sin mayorar) en un material base del que el fabricante no tiene datos. La norma BS 8539:2012+A1:2021 lo denomina método simplificado de ensayos para la resistencia admisible, en el Anexo B.2.3.1.

Se utiliza cuando no hay ningún anclaje con una Evaluación Técnica Europea (ETE) aplicable al material base, lo que en la práctica suele significar mampostería, o cuando el estado del hormigón pone en duda los valores de la ETE. El anclaje debe ser, en todo caso, de un tipo aprobado por su fabricante para esa categoría de material base. Los 5 anclajes se cargan solo hasta la carga de ensayo, no hasta la rotura, por lo que causan menos daños que los ensayos hasta rotura. Consulte cuándo hay que ensayar in situ.

Los anclajes de un ensayo preliminar se colocan expresamente para él y nunca se utilizan en la obra. Colóquelos en un material base igual al de la obra, en un punto donde cualquier daño no perjudique a la estructura y pueda repararse. Manténgalos bien alejados de los anclajes que se vayan a utilizar, y nunca a menos de 3 × h_ef donde falte espacio.

La carga de ensayo es la acción característica multiplicada por un factor de ensayo y dividida por el factor de reducción α_dist y el factor de condición Ω:

N_test = N_Ek × ν_test ÷ (α_dist × Ω) (ecuación B.4 de la BS 8539)

• N_Ek, la acción característica, es la carga que el cálculo aplica a un anclaje, sin coeficientes de seguridad. La facilita el proyectista.
• ν_test, el factor de ensayo, depende del material del anclaje, del material base y de si la carga es a largo o a corto plazo. Consulte la tabla siguiente.
• α_dist, el factor de reducción, tiene en cuenta los apoyos del puente situados tan cerca del anclaje que podrían sujetar el material base y aumentar el resultado. Vale 1,0 cuando las patas están suficientemente separadas. Consulte cómo elegir un puente.
• Ω, el factor de condición, tiene en cuenta las diferencias entre el ensayo y el uso real, como ensayar en seco un anclaje que estará húmedo. Ω lo determina el proyectista.

Nuestra calculadora de carga de ensayo realiza estos pasos por usted.

Los anclajes de nailon tienen factores más altos debido a la fluencia. Sometido a carga durante mucho tiempo, el nailon se deforma lentamente, por lo que un anclaje que resiste la carga de ensayo durante poco tiempo puede fallar igualmente con una carga menor en servicio.

El prescriptor elige Ω preguntándose en qué se diferenciará el uso real del anclaje respecto al ensayo. Cada respuesta da un valor:

• ¿Cuánto tiempo actuará la carga? Para cargas de corta duración, como el anclaje de andamios o de trabajos verticales, Ω = 1.0. Para una carga de tracción permanente, Ω = 0.9.
• ¿Estará el anclaje más húmedo o más caliente en uso que en el ensayo? Si estará húmedo en uso pero se ensaya en seco, Ω = 0.8. Si funcionará por encima del rango normal de temperatura de servicio del fabricante pero se ensaya a temperatura normal, Ω = 0.8.
• ¿Podrían los anclajes definitivos quedar en zonas más débiles que los anclajes de ensayo? En un muro revocado o enlucido, donde las juntas quedan ocultas o los anclajes no pueden mantenerse dentro de los ladrillos, y los anclajes de ensayo están en ladrillo macizo, Ω = 0.75.
• ¿Estará fisurado el hormigón? Para un anclaje diseñado para hormigón en zona traccionada, Ω = 0.7.

Cuando se da más de una condición, el prescriptor establece un único Ω para el caso. Esta guía no ofrece ninguna regla para combinarlos; consulte al prescriptor.

αdist depende de la separación entre apoyos adist y de la profundidad de anclaje efectiva hef. adist se mide hasta el eje en el caso de apoyos puntuales, o como la distancia libre entre apoyos continuos. Las cifras de Staht, 127 mm para los puentes estándar t25 y t60 y 375 mm y 575 mm para los puentes más anchos, corresponden a la distancia libre entre las patas a lo largo del puente (fichas técnicas de Staht), que es la base de la tabla de puentes publicada por el sector. Esto queda del lado de la seguridad: las patas de un puente de cuatro patas están en realidad más alejadas del anclaje, por lo que la separación libre da una carga de ensayo ligeramente mayor, nunca menor.

Hasta h_ef = 150 mm. Si adist es al menos 3 × hef, αdist = 1,0. Si adist es menor que 3 × hef pero mayor que 1,5 × hef, αdist = 0,4 + adist ÷ (5 × hef) (ecuación B.12 de BS 8539). BS 8539 también limita la separación necesaria a 450 mm, pero hasta hef = 150 mm, 3 × hef nunca supera 450 mm, por lo que el límite no cambia el resultado. Si adist es 1,5 × hef o menos, el puente es demasiado estrecho para este método: utilice uno más ancho. En hormigón, un ensayo preliminar también exige que el apoyo más cercano esté a más de 1,0 × hef del anclaje, como comprueba el ejemplo práctico B.

Más de 150 mm de profundidad. La ecuación B.12 no es aplicable. En hormigón, mantenga el apoyo más cercano a al menos 1,5 × hef del anclaje, lo que supone un adist de al menos 3 × hef. En mampostería se aplican las reglas para ladrillos y bloques. EOTA TR 053 no exige ninguna reducción en muros de varias hojas de ladrillos macizos pequeños, como los ladrillos macizos de arcilla, siempre que los apoyos estén separados más de 1,5 × hef y dejen espacio para que se forme el mecanismo de rotura. Consulte cómo elegir un puente.

hef es la profundidad hasta el punto más bajo en el que el anclaje agarra el material base. Para anclajes de nailon, tome hef como el 50 % de la profundidad de anclaje nominal.

Un anclaje químico en ladrillo macizo soporta una carga de tracción permanente. El prescriptor indica NEk = 0,9 kN, hef = 60 mm y un único Ω de 0,9 para la carga permanente. ν_test para un anclaje que no es de nailon en mampostería con carga de larga duración es 4.

Con el puente estándar Staht t25 (separación entre apoyos a_dist = 127 mm, la distancia libre entre las patas a lo largo del puente (ficha técnica de Staht)):

• 3 × hef = 180 mm, que es mayor que 127 mm, por lo que se aplica αdist. 127 mm es mayor que 1,5 × h_ef (90 mm), por lo que la ecuación B.12 es válida.
• α_dist = 0,4 + 127 ÷ (5 × 60) = 0,4 + 0,423 = 0,823.
• N_test = 0,9 × 4 ÷ (0,823 × 0,9) = 3,6 ÷ 0,741 = 4,86 kN.

Con el Staht Bridge 375-25 (a_dist = 375 mm):

• 375 mm es mayor que 3 × hef (180 mm), por lo que αdist = 1,0.
• N_test = 3,6 ÷ (1,0 × 0,9) = 4,00 kN.

El puente más ancho elimina la reducción, de modo que los anclajes se ensayan a 4,00 kN en lugar de 4,86 kN. En fábrica de ladrillo, apoye las patas del puente sobre los ladrillos contiguos al que aloja el anclaje. Consulte ensayos en mampostería.

Unos anclajes para trabajos verticales en altura se colocan en hormigón antiguo cuyo estado es dudoso, por lo que el prescriptor solicita ensayos preliminares. NEk = 3,0 kN, hef = 50 mm, carga de corta duración, por lo que Ω = 1,0. ν_test para un anclaje que no es de nailon en hormigón con carga de corta duración es 2.

• Con el puente estándar Staht t60, adist = 127 mm, la distancia libre entre las patas a lo largo del puente (ficha técnica de Staht), que es menor que 3 × hef (150 mm) y mayor que 1,5 × h_ef (75 mm), por lo que se aplica la ecuación B.12.
• El apoyo más cercano, a 63,5 mm, está a más de 1,0 × h_ef (50 mm), como exigen los ensayos preliminares en hormigón al cargar hasta la carga de ensayo.
• α_dist = 0,4 + 127 ÷ (5 × 50) = 0,4 + 0,508 = 0,908.
• N_test = 3,0 × 2 ÷ (0,908 × 1,0) = 6,0 ÷ 0,908 = 6,61 kN.

Unos anclajes de nailon sujetarán un vallado de obra provisional a un hormigón antiguo cuyo estado es dudoso, por lo que el prescriptor solicita ensayos preliminares. NEk = 0,4 kN, carga de corta duración, por lo que Ω = 1,0. La profundidad de anclaje nominal es de 70 mm, por lo que hef = 35 mm. ν_test para nailon con carga de corta duración es 3,5.

• Con el puente estándar Staht t25, adist = 127 mm, la distancia libre entre las patas a lo largo del puente (ficha técnica de Staht), que es mayor que 3 × hef (105 mm), por lo que α_dist = 1,0.
• El apoyo más cercano, a 63,5 mm, está a más de 1,0 × h_ef (35 mm).
• N_test = 0,4 × 3,5 ÷ (1,0 × 1,0) = 1,40 kN.

Si los 5 anclajes resisten la carga de ensayo, la acción característica puede tomarse como la resistencia admisible en ese material base: NR,all = NEk (ecuación B.5 de BS 8539). El anclaje puede utilizarse entonces con esa carga.

Si un anclaje no alcanza la carga de ensayo, el prescriptor decide cómo proceder, y dos preguntas lo determinan. ¿Admite la obra simplemente más anclajes, por ejemplo colocándolos más juntos? ¿Y falló el anclaje cerca de la carga de ensayo, por ejemplo por encima de 0,8 × N_test?

• Sí a ambas: mantenga el anclaje y utilice más unidades, con una resistencia admisible menor calculada como se indica a continuación.
• No a alguna de ellas: modifique la especificación, con un diámetro mayor, más profundidad de anclaje u otro tipo de anclaje, y realice una nueva serie de ensayos preliminares.

Cálculo de la resistencia admisible reducida:

1. Lleve los 5 anclajes de ensayo hasta la rotura, lentamente, anotando en cada uno la carga en el primer desplazamiento. Para no dañar la estructura, puede detenerse con aproximadamente 1,0 mm de desplazamiento y considerar esa carga como carga de rotura.
2. A partir de la carga de rotura media Nu,ave: NR,all = Nu,ave × αdist × Ω ÷ ν_ave (ecuación B.6).
3. A partir de la carga de rotura mínima Nu,low: NR,all = Nu,low × αdist × Ω ÷ ν_low (ecuación B.7).
4. Utilice el menor de los dos valores, limitado a la carga media de primer desplazamiento N_1st,m.
5. Aumente el número de anclajes: n' = n0 × NEk ÷ NR,all (ecuación B.8), donde n0 es el número previsto inicialmente. Redondee al alza.

En el ejemplo A con el puente t25, la carga de ensayo era de 4,86 kN. Un anclaje falla a 4,2 kN, que está por encima de 0,8 × 4,86 = 3,89 kN, y la obra admite más anclajes. Los 5 se cargan hasta la rotura: 4,2, 5,6, 6,1, 5,3 y 6,4 kN. La carga media en el primer desplazamiento es de 2,3 kN.

• Nu,ave = 27,6 ÷ 5 = 5,52 kN, y Nu,low = 4,2 kN.
• α_dist × Ω = 0,823 × 0,9 = 0,741.
• A partir de la media: 5,52 × 0,741 ÷ 5 = 0,818 kN.
• A partir de la mínima: 4,2 × 0,741 ÷ 4 = 0,778 kN.
• NR,all = 0,778 kN, el valor menor. Es inferior a N1st,m (2,3 kN), por lo que se mantiene.
• La obra preveía 24 anclajes: n' = 24 × 0,9 ÷ 0,778 = 27,8, por lo que se necesitan 28 anclajes.

BS 8539 ofrece otras tres vías, todas basadas en ensayos hasta rotura.

• Sin ETA, método estadístico (Anexo B.2.3.2): se cargan hasta rotura de 5 a 15 anclajes. NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × Ω, donde NRu,m es la carga de rotura media, v el coeficiente de variación (no superior al 30 %) y K un factor estadístico: 3,40 para 5 ensayos, 2,57 para 10 y 2,33 para 15. NR,all = NRk1 ÷ ν, sin superar N_1st,m. El prescriptor elige ν, por ejemplo de 3 a 4 para cargas estáticas, o 5 para anclajes de nailon.
• Anclaje con ETA en mampostería fuera del alcance de la ETA, de 5 a 15 ensayos (Anexo B.2.2.1): NRk1 = αdist × NRu,m × (1 − K × v) × β, con β según la ETA (1 si no se indica), sin superar la resistencia característica de la ETA. Aquí β sustituye a Ω. Después, NR,all = NRk1 ÷ γM ÷ γF, con γM según la ETA y γF igual a 1,35 para acciones permanentes, 1,5 para acciones variables o 1,4 cuando sean desconocidas o mixtas, sin superar N1st,m.
• Anclaje con ETA, 15 o más ensayos (Anexo B.2.2): el método de ensayo en obra del Documento de Evaluación Europeo (EAD) correspondiente y su Informe Técnico de la EOTA.

Cuantos más anclajes se ensayen hasta rotura, más alta será probablemente la resistencia admisible, pero los ensayos hasta rotura causan más daños.