C-D.1 — Definiciones
Anclaje (Anchor) —Un dispositivo de acero ya sea preinstalado antes de colocar el concreto o postinstalado en un
elemento de concreto endurecido y usado para transmitir fuerzas aplicadas, incluidos los tornillos con cabeza, los tornillos con extremo con forma de gancho (J o L), pernos con cabeza, anclajes de expansión, o anclajes con sobreperforación en su base.
Anclaje con sobreperforación en su base (Undercut anchor) — Un anclaje postinstalado que desarrolla su
resistencia a la tracción con base en un mecanismo de trabazón proporcionado por la sobreperforación del concreto en el extremo embebido del anclaje. La sobreperforación se logra con un taladro especial antes de instalar el anclaje o de manera alternativa, por medio del mismo anclaje durante su instalación.
Anclaje de expansión (Expansion anchor) — Un anclaje postinstalado, insertado en el concreto endurecido que
transfiere cargas hacia y desde el concreto por apoyo directo o fricción, o ambos. Los anclajes de expansión pueden ser de torsión controlada, donde la expansión se obtiene mediante una torsión que actúa en el tornillo o perno; o de desplazamiento controlado, donde la expansión se logra por fuerzas de impacto que actúan en una camisa o tapón y la expansión es controlada por la longitud de desplazamiento de la camisa o tapón.
Anclaje postinstalado (Post-installed anchor) — Un anclaje instalado en el concreto endurecido. Los anclajes de
expansión y los anclajes con sobreperforación en su base son ejemplos de anclajes postinstalados.
Anclaje preinstalado (Cast-in anchor) — Un tornillo con cabeza, perno con cabeza, o tornillo con gancho, instalado
antes de colocar el concreto.
Área proyectada (Projected area) — El área en la superficie libre del elemento de concreto que se usa para
representar la base mayor de la superficie de falla rectilínea supuesta.
Camisa de espaciamiento (Distance sleeve) — Una camisa que envuelve la parte central de un elemento de
anclaje con sobreperforación en su base, un elemento de anclaje de expansión de torsión controlada, o un elemento de anclaje de expansión de desplazamiento controlado, pero que no se expande.
Camisa de expansión (Expansion sleeve) — La parte externa de un anclaje de expansión que es forzada hacia
afuera por la parte central, ya sea aplicando una torsión o impacto, para apoyarse contra los lados de un orificio perforado previamente.
Distancia al borde (Edge distance) — La distancia desde el borde de la superficie de concreto al centro del anclaje
más cercano.
Elemento dúctil de acero (Ductile steel element) — Un elemento con un alargamiento en tracción medido
experimentalmente mayor al 14 por ciento, y una reducción de área de al menos un 30 por ciento. Un elemento que cumple con las disposiciones de la NTC 4034 (ASTM A307) se considera un elemento dúctil.
Elemento frágil de acero (Brittle steel element) — Un elemento con un alargamiento en tracción medido
experimentalmente menor al 14 por ciento, o una reducción en área de menos del 30 por ciento, o ambos.
Fijación (Aattachment) — Un dispositivo estructural, externo a la superficie del concreto, que transmite o recibe
fuerzas de los elementos de anclaje.
Grupo de anclajes (Anchor group) — Un grupo de elementos de anclaje de aproximadamente la misma profundidad
de embebido efectivo, en el cual cada elemento de anclaje está espaciado al menos 3h de uno o más anclajes ef
adyacentes al estar sometido a tracción, ó 3c de uno o más anclajes adyacentes al estar sometido a cortante. a1
Solamente aquellos anclajes susceptibles de sufrir el modo particular de falla que está bajo investigación pueden ser incluidos en el grupo.
Insertos especiales (Specialty insert) — Anclajes preinstalados para ser instalados antes de la colocación del
concreto, prediseñados y prefabricados, diseñados especialmente para fijar conexiones atornilladas o ranuradas. Los
C-236
insertos especiales se usan con frecuencia para manipular, transportar y levantar, pero también se emplean para anclar elementos estructurales. Estos insertos especiales no están cubiertos dentro del alcance de este apéndice.
Percentil del 5 por ciento (Five percent fractile) — Un término estadístico que significa un 90 por ciento de
confianza de que existe un 95 por ciento de probabilidad de que la resistencia real exceda a la resistencia nominal.
Perno con cabeza (Headed stud) — Un anclaje de acero que cumple con los requisitos de la AWS D1.1, fijado a una
platina o aditamento de acero similar, mediante el proceso de soldadura de arco, antes de colocar el concreto.
Profundidad efectiva de embebido (Effective embedment depth) — Profundidad total a través de la cual el anclaje
transfiere fuerzas hacia o desde el concreto que lo rodea. La profundidad efectiva de embebido generalmente es la profundidad de la superficie de falla del concreto en las aplicaciones en tracción. Para tornillos con cabeza preinstalados y pernos con cabeza, la profundidad efectiva de embebido se mide desde la superficie de contacto de apoyo de la cabeza.
Refuerzo suplementario (Supplementary reinforcement) — Refuerzo colocado para restringir el prisma de falla
potencial por arrancamiento del concreto, pero que no está diseñado para transferir la carga total de diseño desde los anclajes hacia el elemento estructural.
Refuerzo del anclaje (Anchor reinforcement) — Refuerzo usado para transferir toda la fuerza de diseño desde los
anclajes hacia el elemento estructural. Véase C-D.5.2.9 ó C-D.6.2.9.
Resistencia al arrancamiento del concreto por tracción del anclaje (Concrete breakout strength) — Resistencia
de un volumen de concreto que rodea al anclaje o grupo de anclajes, para desprenderse del elemento.
Resistencia a la extracción por deslizamiento del anclaje (Anchor pullout strength) — Resistencia del anclaje o
un componente principal del dispositivo de anclaje que se desliza fuera del concreto sin romper una parte sustancial del concreto que lo rodea.
Resistencia al desprendimiento del concreto por cabeceo del anclaje (Concrete pryout strength) — Resistencia
que corresponde a la formación en anclajes cortos y rígidos de un descascaramiento de concreto detrás de elementos y en dirección opuesta a la fuerza cortante aplicada.
Resistencia al desprendimiento lateral del concreto (Side-face blowout strength) — Resistencia de los anclajes
con mayor profundidad de embebido, pero con menor espesor del recubrimiento lateral, que corresponde a un descascaramiento del concreto que rodea la cara lateral de la cabeza embebida, sin que ocurran arrancamientos mayores en la parte superior de la superficie de concreto.
Tornillo con gancho (Hooked bolt) — Un anclaje preinstalado embebido anclado principalmente por el apoyo de un
doblez en 90° (extremo en L) o un gancho en 180° (extremo en J) contra el concreto, en su extremo embebido, con un
valor mínimo e mayor que h 3d .a
C-D.2 — Alcance
C-D.2.1 — Este apéndice proporciona los requisitos de diseño para los anclajes en el concreto, utilizados para transmitir las cargas estructurales por medio de tracción, cortante o combinación de tracción y cortante, entre (a) elementos estructurales conectados; o (b) aditamentos y elementos estructurales relacionadas con la seguridad. Los niveles de seguridad especificados están orientados a las condiciones durante la vida útil más que a situaciones durante la construcción o manejo de corta duración.
C-D.2.2 — Este apéndice se refiere tanto a los anclajes preinstalados antes de la colocación del concreto como a anclajes postinstalados. No se incluyen insertos especiales, tornillos pasantes, anclajes múltiples conectados a una sola platina de acero en el extremo embebido de los anclajes, anclajes pegados o inyectados con mortero, ni anclajes directos como pernos o clavos instalados neumáticamente o utilizando pólvora. El refuerzo utilizado como parte del anclaje debe diseñarse de acuerdo con otras partes de este Título C del Reglamento NSR-10.
C-D.2.3 — Se incluyen los pernos con cabeza y tornillos con cabeza, los cuales poseen una geometría que ha
demostrado tener una resistencia a la extracción por deslizamiento en concreto no fisurado igual o superior a 1.4Np
C-237
(donde N está dado por la ecuación (C-D-15)). Se incluyen los tornillos con gancho que tienen una geometría que p
ha demostrado dar una resistencia a la extracción por deslizamiento en concreto no fisurado igual o superior a 1.4Np
sin considerar el beneficio de la fricción (donde N está dado por la ecuación (C-D-16)). Se incluyen los anclajes p
postinstalados que cumplen con los requisitos de evaluación del ACI 355.2. La bondad de los anclajes postinstalados para el uso en concreto debe quedar demostrada por medio de los ensayos de calificación previa del ACI 355.2. C-D.2.4 — Las aplicaciones con carga que sean predominantemente ciclos de fatiga fuertes o cargas de impacto no están cubiertas por este Apéndice.
C-D.3 — Requisitos generales
C-D.3.1 — Los anclajes y grupos de anclajes deben diseñarse para los efectos críticos producidos por las cargas mayoradas determinadas por medio de un análisis elástico. Se permite el enfoque del análisis plástico cuando la resistencia nominal está controlada por elementos de acero dúctiles y siempre que se tenga en cuenta la compatibilidad de deformaciones.
C-D.3.2 — La resistencia de diseño de los anclajes debe ser igual o exceder la resistencia mayorada calculada con las combinaciones de cargas de C.9.2 ó C-C.9.2.
C-D.3.3 — Cuando el diseño de un anclaje incluye fuerzas sísmicas para estructuras con capacidad de disipación moderada (DMO) y especial (DES), se deben cumplir los requisitos adicionales de C-D.3.3.1 a C-D.3.3.6.
C-D.3.3.1 — Las disposiciones del Apéndice C-D no son aplicables al diseño de anclajes en las zonas de articulación plástica de estructuras de concreto sometidas a fuerzas sísmicas.
C-D.3.3.2 — Los anclajes estructurales postinstalados deben estar calificados para su uso en concreto agrietado y deben cumplir con los Ensayos de Simulación Sísmica de acuerdo con el ACI 355.2. La resistencia a la extracción por
deslizamiento N y la resistencia del acero del anclaje en cortante p V deben basarse en los resultados del ACI sa
355.2 – Ensayos de Simulación Sísmica.
C-D.3.3.3 — La resistencia de diseño del anclaje asociado con modos de falla del concreto debe tomarse como
n
0.75 NI y 0.75 VI , donde I es dado en C-D.4.4 ó C-D.4.5 y n N y n V se determinan según C-D.5.2, C-D.5.3, C-n
D.5.4, C-D.6.2 y C-D.6.3 suponiendo que el concreto está agrietado, a menos que se demuestre que el concreto se mantiene sin agrietar.
C-D.3.3.4 — Se deben diseñar los anclajes de manera que estén controlados por la resistencia del acero de un elemento de acero dúctil de acuerdo con C-D.5.1 y C-D.6.1, a menos que se cumpla con C-D.3.3.5 ó C-D.3.3.6.
C-D.3.3.5 — En lugar de C-D.3.3.4, el aditamento que el anclaje conecta a la estructura debe ser diseñado de manera que la fijación llegue a fluencia dúctil con el nivel de carga correspondiente a fuerzas de anclaje no mayores que la resistencia de diseño de los anclajes especificada en C-D.3.3.3.
C-D.3.3.6 — Como alternativa a C-D.3.3.4 y C-D.3.3.5, se permite tomar la resistencia de diseño de los anclajes como 0.4 veces la resistencia de diseño determinada con C-D.3.3.3. Para el anclaje de muros de carga de aporticamiento ligero, se permite tomar la resistencia de diseño de los anclajes como 0.5 veces la resistencia de diseño determinada con C-D.3.3.3.
C-D.3.4 — El factor de modificación O para concreto de peso liviano en este Apéndice debe estar de acuerdo con 8.6.1 a menos que se especifique de otro modo.
C-D.3.5 — Los valores de fcc usados para los cálculos en este apéndice, no deben exceder 70 MPa para los anclajes preinstalados y 55 MPa para los anclajes postinstalados. Se requieren ensayos para los anclajes postinstalados
cuando se emplean en concreto con fcc mayor a 55 MPa.
C-238
C-D.4 — Requisitos generales para la resistencia de los anclajes
C-D.4.1 — El diseño por resistencia de los anclajes debe basarse en cálculos que empleen modelos de diseño que satisfagan los requisitos de C-D.4.2, o bien con base en resultados de ensayos, utilizando un percentil del 5 por ciento de los resultados de ensayo para lo siguiente:
(a) Resistencia a tracción del acero del anclaje (C-D.5.1). (b) Resistencia al cortante del acero del anclaje (C-D.6.1).
(c) Resistencia al arrancamiento del concreto de anclaje por tracción (C-D.5.2). (d) Resistencia al arrancamiento del concreto de anclaje por cortante (C-D.6.2). (e) Resistencia a la extracción por deslizamiento del anclaje por tracción (C-D.5.3). (f) Resistencia al desprendimiento lateral del concreto de anclaje por tracción (C-D.5.4), y (g) Resistencia al desprendimiento del concreto por cabeceo del anclaje por cortante (C-D.6.3).
Además, los anclajes deben cumplir las distancias al borde, espaciamiento y espesor para evitar las fallas por hendimiento, como lo exige C-D.8.
C-D.4.1.1 — Para el diseño de los anclajes, salvo lo exigido en C-D.3.3,
n ua N N I t (C-D-1) n ua V V I t (C-D-2)
C-D.4.1.2 — En las ecuaciones (C-D-1) y (C-D-2), INn y I son las resistencias de diseño más bajas Vn
determinadas para todas las modalidades pertinentes de falla. INn es la resistencia de diseño más baja en tracción
de un anclaje o grupos de anclajes, determinada según las consideraciones de INsa,InNpn, ya sea INsb ó INsbg, y
cb
N
I ó INcbg.I es la resistencia de diseño más baja para cortante de un anclaje o un grupo de anclajes Vn
determinada de las consideraciones de IVsa, ya sea IVcb ó IVcbg, y IVcp ó IVcpg.
C-D.4.1.3 — Cuando se encuentran presentes tanto Nua como V , se deben considerar los efectos de interacción, ua de acuerdo con C-D.4.3.
C-D.4.2 — La resistencia nominal para cualquier anclaje o grupo de anclajes debe basarse en los modelos de diseño que resulten en predicciones de resistencia que concuerden sustancialmente con los resultados de ensayos de amplio alcance. Los materiales empleados en los ensayos deben ser compatibles con los materiales usados en la estructura. La resistencia nominal debe basarse en el percentil de 5 por ciento de la resistencia básica individual del anclaje. Para resistencias nominales relacionadas con la resistencia del concreto, deben considerarse las modificaciones debido a efectos del tamaño, el número de anclajes, los efectos del espaciamiento reducido de los anclajes, proximidad a los bordes, espesor del elemento de concreto, solicitaciones excéntricas de grupos de anclajes y la presencia o ausencia de fisuración. Los límites para las distancias a los bordes y espaciamiento entre los anclajes establecidos en los modelos de diseño deben ser congruentes con los utilizados en los ensayos que se utilicen para verificar el modelo.
C-D.4.2.1 — En los modelos de diseño usados para cumplir con C-D.4.2, se puede incluir el efecto del refuerzo colocado para restringir el arrancamiento del concreto. Donde se coloca refuerzo del anclaje, según D.5.2.9 y C-D.6.2.9, no se requieren cálculos para la resistencia al arrancamiento del concreto, según C-D.5.2 y C-D.6.2.
C-D.4.2.2 — Para anclajes con diámetros que no excedan 50 mm, y profundidades de embebido que no excedan 635 mm, las exigencias para prevenir el arrancamiento del concreto se deben considerar satisfechas si se cumple con los procedimientos de diseño de C-D.5.2 y C-D.6.2.
C-239
C-D.4.3 — Para el diseño para cargas de tracción y cortante que actúan en forma simultánea se debe usar una expresión de interacción que resulte en una resistencia que concuerde con los resultados de ensayos exhaustivos. Se debe considerar que C-D.7 satisface dichos requisitos.
C-D.4.4 — Cuando se usan las combinaciones de carga de C.9.2, los factores de reducción de resistencia I para anclajes en concreto deben ser:
a) Anclaje controlado por la resistencia de un elemento de acero dúctil i) Cargas de tracción ...0.75
ii) Fuerza cortante ...0.65
b) Anclaje controlado por la resistencia de un elemento de acero frágil i) Cargas de tracción ...0.65
ii) Fuerza cortante ...0.60
c) Anclaje controlado por la resistencia al arrancamiento, desprendimiento lateral, extracción por deslizamiento o desprendimiento por cabeceo del anclaje
Condición A Condición B
i) Cargas de cortante 0.75 0.70
ii) Cargas de tracción
Pernos con cabeza, tornillos con cabeza o con gancho
preinstalados 0.75 0.70
Anclajes postinstalados de acuerdo con las categorías de ACI 355.2
Categoría 1 0.75 0.65
(Baja sensibilidad a la instalación y confiabilidad alta)
Categoría 2 0.65 0.55
(Sensibilidad media a la instalación y confiabilidad mediana)
Categoría 3 0.55 0.45
(Alta sensibilidad y confiabilidad baja)
La condición A se aplica donde existe refuerzo suplementario excepto para resistencia a la extracción por deslizamiento o al desprendimiento por cabeceo del anclaje.
La condición B se aplica donde no existe refuerzo suplementario, o donde controla la resistencia a la extracción por deslizamiento o al desprendimiento por cabeceo del anclaje.
C-D.4.5 — Cuando se usan las combinaciones de carga del Apéndice C, el factor de reducción de resistencia I para los anclajes en el concreto debe ser:
a) Anclaje controlado por la resistencia de un elemento de acero dúctil i) Cargas de tracción ...0.80
ii) Fuerza cortante ...0.75
b) Anclaje controlado por la resistencia de un elemento de acero frágil i) Cargas de tracción ...0.70
ii) Fuerza cortante ...0.65
c) Anclaje controlado por la resistencia al arrancamiento, desprendimiento lateral, deslizamiento del anclaje, o desprendimiento por cabeceo del anclaje.
Condición A Condición B
i) Fuerza cortante 0.85 0.75
ii) Cargas de tracción
C-240 Conectores, pernos
con cabeza, o pernos con gancho
embebidos 0.85 0.75
Anclajes postinstalados de alguna categoría, según lo determina el ACI 355.2
Categoría 1 0.85 0.75
(Baja sensibilidad a la instalación y alta confiabilidad)
Categoría 2 0.75 0.65
(Sensibilidad media a la instalación y mediana confiabilidad)
Categoría 3 0.65 0.55
(Alta sensibilidad y Confiabilidad baja)
La condición A se aplica donde existe refuerzo suplementario excepto para resistencia a la extracción por deslizamiento o al desprendimiento por cabeceo del anclaje.
La condición B se aplica donde no existe refuerzo suplementario, o donde controla la resistencia a la extracción por deslizamiento o al desprendimiento por cabeceo del anclaje.
C-D.5 — Requisitos de diseño para cargas de tracción
C-D.5.1 — Resistencia del acero de un anclaje en tracción
C-D.5.1.1 — La resistencia nominal de un anclaje en tracción controlada por el acero, N , debe ser evaluada sa
mediante cálculos basados en las propiedades del material del anclaje y en las dimensiones físicas del anclaje. C-D.5.1.2 — La resistencia nominal de un solo anclaje o grupo de anclajes en tracción, N , no debe exceder: sa
sa se,N uta
N nA f (C-D-3)
Donde n es el número de anclajes en el grupo, Ase,N es el área transversal efectiva del anclaje en tracción, mm2
, y
uta
f no debe ser mayor que el menor de 1.9fya ó 860 MPa.
C-D.5.2 — Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje en tracción
C-D.5.2.1 — La resistencia nominal de arrancamiento del concreto, Ncb ó Ncbg de un solo anclaje o grupo de anclajes en tracción no debe exceder de:
(a) para un solo anclaje:
Nc cb ed,N c,N cp,N b Nco A N N A \ \ \ (C-D-4)
(b) para un grupo de anclajes:
Nc cbg ec,N ed,N c,N cp,N b Nco A N N A \ \ \ \ (C-D-5)
Los factores \ec,N,\ed,N,\c,N, y \cp,N se encuentran definidos en C-D.5.2.4, C-D.5.2.5, C-D.5.2.6 y C-D.5.2.7
respectivamente. ANc es el área proyectada de la superficie de falla para un solo anclaje o grupo de anclajes, que
C-241
debe ser aproximada a la base de la figura geométrica rectilínea que resulta al proyectar la superficie de falla hacia
fuera en 1.5h desde la línea del eje del anclaje o, en el caso de un grupo de anclajes, desde una línea a través de ef
una fila de anclajes adyacentes. ANc no debe exceder a nANco, donde n es el número de anclajes en tracción en el
grupo. ANco es el área proyectada de la superficie de falla de un solo anclaje con una distancia del borde igual o
mayor a 1.5h .ef
2 Nco ef
A 9h (C-D-6)
C-D.5.2.2— La resistencia básica al arrancamiento del concreto de un solo anclaje en tracción embebido en
concreto fisurado, N , no debe exceder de b
1.5 b c cef
N Ok f hc (C-D-7)
donde
c
k 10 para los anclajes preinstalados, y
c
k para los anclajes postinstalados. 7
Se debe permitir que el valor de k para anclajes postinstalados sea incrementado sobre 7 basándose en los c
ensayos específicos para productos del ACI 355.2, pero en ningún caso puede exceder de 10.
De manera alternativa, para pernos con cabeza preinstalados con 280 mmdhefd635 mm,N no debe exceder de: b
5 3 b cef
N 3.9Of hc (C-D-8)
C-D.5.2.3— Donde los anclajes se ubican a menos de 1.5h , de tres o más bordes, el valor de ef h usado en las ef
ecuaciones (C-D-4) a la (C-D-11) debe ser mayor entre ca,máx1.5 y un tercio del espaciamiento máximo entre los
anclajes dentro del grupo.
C-D.5.2.4— El factor de modificación para grupos de anclajes sometido a cargas excéntricas de tracción es:
ec,N N ef 1 2e 1 3h \ c § · ¨ ¸ © ¹ (C-D-9)
Pero\ec,N no debe tomarse menor que la unidad (1.0).
Si la carga sobre un grupo de anclajes es tal que sólo algunos anclajes se encuentran en tracción, únicamente esos
anclajes que se encuentran en tracción deben considerarse para determinar la excentricidad eNc en la ecuación
(C-D-9) y para calcular Ncbg en la ecuación (C-D-5).
Cuando las cargas excéntricas existen alrededor de dos ejes, el factor de modificación, \ec,N, debe calcularse para
cada eje individualmente y el producto de esos factores debe usarse como \ec,N, en la ecuación (C-D-5).
C-D.5.2.5— El factor de modificación para los efectos del borde para anclajes solos o grupos de anclajes en tracción es: ed,N 1 ca,mín 1.5hef \ si t (C-D-10) a,mín ed,N a,mín ef ef c 0.7 0.3 c 1.5h 1.5h \ si (C-D-11) C-242
C-D.5.2.6— Para anclajes ubicados en una región de un elemento de concreto, donde los análisis señalan que no hay fisuración para niveles de cargas de servicio, se permite el siguiente factor de modificación:
c,N 1.25
\ para anclajes preinstalados
c,N 1.4
\ para anclajes postinstalados, donde el valor de k usado en la ecuación (C-D-7) es igual a 7. c
Cuando el valor de k usado en la ecuación (C-D-7) se toma de ACI 355.2 para anclajes postinstalados, calificados c
para ser utilizados en concreto fisurado y no fisurado, los valores de k y de c \c,N deben basarse en el informe para
evaluación de productos del ACI 355.2.
Cuando el valor de k usado en la ecuación (C-D-7) se tome del informe para evaluación de productos del ACI 355.2 c
para anclajes postinstalados, calificados para ser utilizados únicamente en concreto no fisurado, \c,N debe tomarse
como 1.0.
Cuando el análisis indica fisuración para niveles de cargas de servicio, \c,N, debe tomarse igual a 1.0 para ambos
anclajes, preinstalados y postinstalados. Los anclajes postinstalados deben ser calificados para su empleo en concreto fisurado de acuerdo con el ACI 355.2. La fisuración en el concreto debe ser controlada mediante refuerzo de flexión distribuido de acuerdo con 10.6.4 ó un control de fisuración equivalente proporcionado mediante refuerzo de