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PLANCHAS BASE YBARRAS DE ANCLAJE

Ing. Eduardo Nuñez C.

ASPECTOS GENERALES

• Representa una interfase critica entre la estructura y las

fundaciones.

• Requiere resistir altos niveles de solicitaciones.

• Envuelve el diseño de:

La soldadura entre la plancha base y la columna.

Plancha base (Y sus rigidizadores si los requiere).

Barras de anclaje.

Base de concreto (pedestal, cabezal, losa de fundación).

Plancha base

Si se necesita aumentar la resistencia de la plancha base, es preferible

Incrementar el espesor a cambiar el tipo de material o colocar rigidizadores.

ASPECTOS GENERALES

Barras de anclaje

Anclajes pre - instalados.

Anclajes de colocación posterior.

Nota: El uso de anclajes de colocación posterior solo es adecuado parasoportar cargas de bajo nivel (cargas gravitacionales preferiblemente) y suuso no es practico en bases de columnas de edificaciones.

ASPECTOS GENERALES

Barras de anclajeMateriales típicos para barras de anclaje.

ASPECTOS GENERALES

CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO

• Las bases de columnas pueden estar sujetas a:

Fuerza axial únicamente (Compresión o tracción).

Fuerza axial y corte.

Fuerza axial, corte y momento.


• Compresión

Diseño de la plancha base.

Verificar aplastamiento del concreto.

• Tensión Desarrollar mecanismo de anclaje para transferir las

fuerzas a la base de concreto.

Diseño de la plancha base.

Diseño de las barras de anclaje.

Resistencia al aplastamiento del concreto

( )1

2'(max)

85.0AAff cp φ= 65.0=φ 2

1

2 ≤AA

Según ACI 318-05, sección 9.2.

( )1

max ACf u

p ≥


Resistencia de una plancha en flexión

pt

Fy

1

Fy

Fy(tp/2)

Fy(tp/2)

tp / 2

=

×

=

422

2p

ypp

ynt

Ftt

FM

pln MM ≥φ 9.0=φ

Donde:

Mpl = Momento flector actuante

Según AISC 360-05.

4

2p

ypl

tFM φ≤

y

plp F

Mt

φ4

≥


Sección critica de flexión para

perfiles de ala ancha.

Sección critica de flexión

para perfiles tubulares.

Secciones críticas para el estado límite de flexiónm

n

m

n


Resistencia al aplastamiento del concreto:

Planchas base sometidas a fuerza axial

MÉTODO DE DISEÑO POR RESISTENCIA

1APf u

p =

Se calcula el esfuerzo actuante de compresióncomo:

1(max) A

Pf up ≥

Este esfuerzo no debe exceder la resistenciaal aplastamiento del concreto.

Estado límite de cedencia por flexión de la plancha:

Longitud crítica del voladizo para la flexión de la plancha (l):

295.0

=dN

m-

l, será el mayor entre:2

8.0= fbB

n-

4=' fdbλnλ

Donde: 11+1

2= ≤

XX

λ ( ) BNfP

bddb

Xp

u

f

f

+4

= 2




Flexión de la plancha base:

• Momento flector por unidad de ancho (compresión):

= BXTn

M ibpl

• Momento flector por unidad de ancho (tracción):

Donde:

B = Ancho de la planchanb = Número de pernos fuera

del plano critico de flexión


2

2lfM ppl =1A

Pf up =



Flexión de la plancha base:

• Resistencia a flexión de la plancha base:

ZFM ypl φ≤npl MM φ≤

4

2p

ypl

tFM φ≤

• Espesor requerido de la plancha base:

9.0=φ


y

plp F

Mt φ

4≥


Planchas base sometidas a flexión y fuerza axial

critee ≤

No hay tracción en los pernos!!!

maxmax 22 q

PNe rcrit -== ε

Diseño de planchas base sometidas a momentos pequeños:



Excentricidad crítica: Bfq p ×=22=YN

ε -

máx

r

qP

Y =min

Cuando Y decrece, ε aumenta. Y tendrá unmínimo cuando el concreto alcance elagotamiento resistente, entonces:

Bfq p ×= (max)max

ε tomará su valor máximo cuando Yalcance su valor mínimo, por consiguiente:

max

minmax 2222 q

PNYN r-- ==ε




Si la excentricidad de la carga:

Excentricidad crítica:

rr PMe =

Excede el máximo valor que puede tomar ε, lascargas aplicadas no podrán ser resistidasúnicamente por aplastamiento en el concreto, yen consecuencia los pernos estarán en tracción.

maxmax 22 q

PNe rcrit -== ε

En consecuencia la excentricidad critica será:




Esfuerzo de compresión en el concreto:

Para el equilibrio de fuerzas e = ε.

22YNe -== ε eNY 2−=

El esfuerzo de aplastamiento puede serdeterminado como:

( )eNBP

BYPf rr

p 2−==




Resistencia al aplastamiento del concreto:

( )1

2'(max)

85.0AAff cp φ=

( )maxpp ff ≤

65.0=φ





Estado límite de flexión de la plancha:

• Para Y ≥ m:

=

2

2mfM ppl

• Para Y < m:

−=

2YmYfM ppl

y

preqp F

ft 5.1)( =

y

p

reqp F

YmYft

−

= 211.2)(

Nota: Cuando n es mayor que m, el espesor será gobernado por n. Para determinar elespesor requerido se puede sustituir el valor de n por m en las ecuaciones anteriores.



Diseño de planchas base sometidas a momentos grandes:

El concreto alcanza el agotamiento resistente y los pernos deben estar en tracción para resistir las cargas

impuestas!!!

maxmax 22 q

PNe rcrit -== ε

critee >




Esfuerzo de compresión en el concreto y tracción en las barras de anclaje:

Haciendo sumatoria de momentosrespecto al punto “B”, nos queda:

∑ = 0BM

( ) 022max =+−

+− fePfYNYq r





Operando, nos queda una ecuacióncuadrática:

( ) 022

2max

2 =+

+

+−

qfePYfNY r

Cuya solución para Y es:

( )max

2 222 q

fePNfNfY r +−

+±

+=





Para que la ecuación anterior tengasolución real, debe satisfacerse que:

( )max

2 22 q

fePNf r +≥

+

Si no se satisface esta inecuación se deberedimensionar la plancha base.





Finalmente, para obtener la fuerza de tracciónsobre las barras de anclaje, del equilibrio defuerzas verticales nos queda que:

∑ = 0verticalF rPYqT −= max




Estado límite de flexión de la plancha en la interface de compresión:

• Para Y ≥ m:

• Para Y < m:

Nota: Cuando n es mayor que m, el espesor será gobernado por n. Para determinar elespesor requerido se puede sustituir el valor de n por m en las ecuaciones anteriores.

( )( )

y

PreqP F

ft max)5.1=

( )

=

2

2

maxmfM ppl

( )

−=

2maxYmYfM ppl ( )

( )

y

P

reqP F

YmYft

−

= 211.2max




Estado límite de flexión de la plancha en la interfase de tensión:

BXTMpl⋅

=

22ftdfX +−=

yreqp BF

XTt .11.2)( =


DISEÑO DE BARRAS DE ANCLAJE

• Zonas de alto riesgo sísmico.

Se excluyen conectores en rótulas plásticas.

Conectores de instalación posterior tienen que aprobar los

ensayos Sísmicos Simulados del ACI 355.2.

Capacidad de diseño: 0.75 ᶲ Nn y 0.75 ᶲ Vn, a menos que se

consideren las cargas sísmicas especiales según AISC 341-05.

La pieza sujeta tiene que fluir de manera dúctil en una carga ≤ 75%

de la mínima capacidad de diseño del conector.

Requisitos generales:

• Las ecuaciones del ACI 318 Apéndice D son válidas para:

f’c ≤ 10.000 psi para conectores vaciados en sitio.

f’c ≤ 8.000 psi para conectores de instalación posterior.

Requisitos generales:

• Los conectores de instalación posterior en concreto con f’c > 8.000

psi tienen que ensayarse.


• Cedencia y rotura del acero

• Desprendimiento del concreto ( Concrete breakout )

• Deslizamiento ( pullout )

• Desprendimiento lateral ( Concrete side – face blowout )

Modos de falla en Tracción:


• Cedencia y rotura del acero

• Desprendimiento del concreto ( Concrete breakout )

• Rotura posterior del concreto (Concrete pryout )

Modos de falla en Corte:



Resistencia de un anclaje o grupo de anclajes en tracción:

utasesa fnAN =

Donde:

n = Número de anclajes en el grupoAsa = Área efectiva de tracción



Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje o grupo de

anclajes en tracción:

La resistencia al arrancamientodel concreto, es la capacidadcorrespondiente a laseparación de un volumen deconcreto alrededor del conectoro grupo de conectores.



Resistencia al arrancamiento del concreto, (Para un anclaje individual):



Resistencia al arrancamiento del concreto, (Para un grupo de anclajes en

tracción):



Resistencia al arrancamiento del concreto:

Área proyectada, ANco:




Área proyectada, ANc:




Resistencia básica al arrancamiento del concreto:

Donde:

Kc = 10 para conectores pre instalados.

Kc = 7 para conectores de instalación posterior.




Embebida ficticia, hef’:

• Se debe mover ficticiamente la superficiereal de rotura hasta la superficie libre delconcreto.

Superficie ficticia de rotura

Superficie real de rotura




Embebida ficticia, hef’:




Efecto de la excentricidad:




Efectos de borde:



Resistencia a la extracción por deslizamiento:




Área de aplastamiento. Distancia eh para pernos eh L o J.



Resistencia al desprendimiento lateral del concreto:



Resistencia de un anclaje o grupo de anclajes en tracción:

Donde:

n = Número de anclajes en el grupoAsa = Área efectiva de tracción

utasesa fnAV 6.0=



Resistencia al arrancamiento del concreto de un anclaje sometido a corte:




Área proyectada por rotura del concreto




Resistencia básica al arrancamiento del concreto:




Anclajes cerca de 3 o 4 bordes:




Excentricidad efectiva:




Efectos de borde:




Efecto del agrietamiento:



Interacción corte / tracción:


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