Amec_ Guia_aci318-05 Anexo d Pernos Anclaje

Diseño de Anclajes en Hormigón Armado según ACI318-05 Anexo D Departamento CSA Abril 2009

Capacitación Disciplina CSA Diseño de Anclajes en Hormigón Armado Según ACI318-05 Capítulo D

CONTENIDO

1.0 REQUISITOS GENERALES ........................................................................4

2.0 REQUISITOS GEOMETRICOS ...................................................................4

3.0 DETERMINACIÓN DE RESISTENCIAS NOMINALES...............................5

3.1 Resistencia a Tracción del Acero de Anclaje ............................................... 5

3.2 Resistencia a Corte del Acero de Anclaje..................................................... 6

3.3 Resistencia al Arrancamiento por Tracción del Hormigón ......................... 7

3.3.1 Determinación de Áreas Proyectadas de Pernos .................................................7 3.3.2 Factores de Modificación por Configuración de Pernos........................................8 3.3.3 Determinación de Resistencia Básica al Arrancamiento de un Perno ..................9 3.3.4 Determinación de Resistencia Nominal al Arrancamiento del Grupo de Pernos.10

3.4 Resistencia al Arrancamiento por Corte del Hormigón ............................. 11

3.4.1 Determinación de Áreas Proyectadas de Pernos ...............................................11 3.4.2 Factores de Modificación por Configuración de Pernos......................................12 3.4.3 Determinación de Resistencia Básica al Arrancamiento por Corte de un Perno.13 3.4.4 Determinación de Resistencia Nominal al Arrancamiento de un Perno o Grupo de Pernos 14

3.5 Resistencia a la Extracción por Deslizamiento del Anclaje ...................... 15

3.5.1 Determinación de Resistencia Nominal a la Extracción por Deslizamiento para Pernos con Cabeza o Tuerca ............................................................................................15 3.5.2 Determinación de Resistencia Nominal a la Extracción por Deslizamiento para Pernos con Gancho...........................................................................................................15

3.6 Resistencia al Desprendimiento Lateral por Tracción............................... 16

3.7 Resistencia al Desprendimiento Lateral por Corte .................................... 17

3.8 Interacción Tracción – Corte........................................................................ 18

4.0 FACTORES DE REDUCCIÓN � ...............................................................19

5.0 EJEMPLO DE APLICACIÓN .....................................................................20

5.1 Configuración y Solicitaciones.................................................................... 20

5.2 Verificación de Requisitos Geométricos..................................................... 21

5.3 Resistencia Nominal del Anclaje en Tracción ............................................ 21

5.3.1 Resistencia Nominal de Pernos en Tracción ......................................................21 5.3.2 Resistencia Nominal en Arrancamiento por Tracción .........................................22 5.3.3 Resistencia Nominal en Deslizamiento por Tracción ..........................................23 5.3.4 Resistencia Nominal en Desprendimiento Lateral por Tracción..........................23 5.3.5 Resistencia Nominal Global en Tracción ............................................................23


5.4 Resistencia Nominal del Anclaje en Corte.................................................. 24

5.4.1 Resistencia Nominal de Pernos en Corte ...........................................................24 5.4.2 Resistencia Nominal en Arrancamiento por Corte ..............................................24 5.4.3 Resistencia Nominal en Desprendimiento Lateral por Corte...............................25 5.4.4 Resistencia Nominal Global en Corte.................................................................25

5.5 Verificación del Anclaje ................................................................................ 26

5.5.1 Determinación de Factores de Reducción de Resistencia..................................26 5.5.2 Verificación en Tracción .....................................................................................26 5.5.3 Verificación en Corte ..........................................................................................26 5.5.4 Verificación de Interacción .................................................................................26

5.6 Diseño de Refuerzos..................................................................................... 27

5.6.1 Armadura Longitudinal .......................................................................................27 5.6.2 Armadura de Corte.............................................................................................27

6.0 ANEXO: DATOS TÍPICOS DE PERNOS DE ANCLAJE ..........................28

6.1 Unidades ........................................................................................................ 28

6.2 Dimensiones Pernos de Anclaje .................................................................. 28

6.3 Propiedades de Aceros ................................................................................ 29


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1.0 REQUISITOS GENERALES

A continuación se detallan los requisitos generales más relevantes establecidos por el

Anexo D del código ACI318-05:

• Los anclajes se diseñan para cargas mayoradas. Por lo tanto, si las tensiones de

pernos de anclaje son calculadas a partir del análisis de una estructura calculada por

tensiones admisibles, deben ser amplificadas por los factores respectivos.

• En zona sísmica, los factores de reducción � se reducen, quedando la resistencia de

los elementos como 0,75�Nn y 0,75�Vn para carga axial y corte respectivamente.

Cabe destacar que código impone este requisito sólo a partir de la ubicación

geográfica de la estructura, no importando si el diseño queda controlado por viento,

impactos, vibraciones u otros aspectos.

Los requisitos anteriores corresponden a lo mínimo para casos típicos de estructuras

diseñadas por AMEC. En caso de uso de materiales especiales, como hormigones

livianos, aceros de alta resistencia o condiciones no estandarizadas de instalación, es

necesario revisar los requisitos específicos establecidos por el Anexo.

2.0 REQUISITOS GEOMETRICOS

El punto 8 del Anexo D establece los siguientes requisitos geométricos, que no aplican

en caso de disponer refuerzos adicionales especiales.

Tabla 2.1 Requisitos Geométricos Pernos de Anclaje Anexo D ACI318-05

Parámetro Valor Requerido Mínimo

Distancia entre ejes de pernos preinstalados*

4 diámetros

Distancia entre ejes de pernos postinstalados**

6 diámetros

Distancia al borde pernos preinstalados* Mismos requisitos de barras, capítulo 7.7 ACI318-05

Distancia al borde pernos postinstalados** Máximo entre distancia al borde para pernos preinstalados y 6 diámetros

Longitud de anclaje mínima Anexo D no especifica mínimo (sólo expresiones de cálculo). Usar 17 diámetros mínimo según AISC.

* Pernos preinstalados: dispuestos previo al hormigonado ** Pernos postinstalados: dispuestos en recesos, después del hormigonado


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3.0 DETERMINACIÓN DE RESISTENCIAS NOMINALES

Se deben calcular distintos casos de resistencia nominal del anclaje, tanto en tracción

como en corte, según se describe a continuación. La resistencia nominal global para el

anclaje, para cada solicitación, será el valor mínimo entre los distintos casos evaluados.

3.1 Resistencia a Tracción del Acero de Anclaje

La resistencia nominal a tracción para un perno o grupo de pernos está dada por:

utasesa fAnN ⋅⋅= Donde:

• Nsa : resistencia a tracción del perno o grupo de pernos [N].

• n : número de pernos

• Ase : sección efectiva de cada perno [mm²] calculada como:

2

tose n

9743,0d

4�

A ��

��

�−⋅=

• do : diámetro total perno de anclaje, [mm²] (valores típicos en Anexo 1)

• nt : número de hilos por mm (valores típicos en Anexo 1)

• futa : resistencia última del acero de anclaje, [MPa], determinada como:

�� ⋅

=MPa860fy9,1

minfuta

• fy : tensión de fluencia pernos de anclaje, [MPa]. (valores típicos en Anexo 1)


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3.2 Resistencia a Corte del Acero de Anclaje

La resistencia nominal a corte para un perno o grupo de pernos está dada por:

utasesa fA6,0nV ⋅⋅⋅= Donde:

• Vsa : resistencia a tracción del perno o grupo de pernos [N].

• n : número de pernos

• Ase : sección efectiva de cada perno [mm²] calculada como: 2

tose n

9743,0d

4�

A ��

��

�−⋅=

• do : diámetro total perno de anclaje, [mm²] (valores típicos en Anexo 1)

• nt : número de hilos por mm (valores típicos en Anexo 1)

• futa : resistencia última del acero de anclaje, [MPa], determinada como:

�� ⋅

=MPa860fy9,1

minfuta

• fy : tensión de fluencia pernos de anclaje, [MPa]. (valores típicos en Anexo 1)


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3.3 Resistencia al Arrancamiento por Tracción del Hormigón

3.3.1 Determinación de Áreas Proyectadas de Pernos

Se determinan áreas proyectadas en la superficie del hormigón, como:

• ANco: Área proyectada teórica para un perno: se considera una proyección de 1,5

veces la altura efectiva del perno (hef), definida por líneas rectas paralelas a los ejes

principales en planta (no un círculo). Esta superficie se debe calcular,

independientemente de las distancias al borde, pues se utiliza posteriormente en la

fórmula de resistencia al arrancamiento, ponderándola con el área proyectada

efectiva del anclaje. La siguiente figura muestra el área teórica descrita:

ELEVACION

PLANTA

ANco

ANco

1,5 hef1,5 hef

1,5

hef

1,5

hef

hef

Figura 3.1 Área Proyectada Teórica para 1 Perno

• ANc: Área proyectada efectiva para un perno o grupo de pernos: corresponde al área

en la superficie del hormigón, definida por la proyección paralela de 1,5 veces la

altura del perno hef y el borde del hormigón. En caso que el borde del hormigón se

encuentre más cerca del eje del perno, las distancias se denominan c para efectos

de este cálculo. La siguiente figura esquematiza algunos casos:


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ANc

1,5 hefc1

c21,

5 he

f

ANc

s1,5 hefc1

c21,

5 he

f

Figura 3.2 Área Proyectada Efectiva para 1 Perno o Grupo de Pernos

3.3.2 Factores de Modificación por Configuración de Pernos

Se definen factores de modificación por la configuración de los pernos y las

solicitaciones sobre ellos, como sigue:

Factor de modificación por carga excéntrica

En caso que el perno o grupo de pernos esté sometido a tracción excéntrica, se define el

siguiente factor de modificación:

0,1

h3e2

1

1�

ef

e ≤

��

��

�

⋅⋅+

=

Donde:

• e : excentricidad de la tracción [mm]

• hef : longitud embebida del perno [mm]


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Factor de modificación por efectos de borde

Definiendo como ca la distancia mínima desde los pernos al borde del elemento de

hormigón (ver Figura N° 3.2), se tiene el factor de modificación por efectos de borde:

efef

b

efb

h5,1casih5,1

ca7,0�

h5,1casi0,1�

⋅<⋅

+=

⋅≥=

Factor de modificación por fisuración

Se considera la modificación de la resistencia del anclaje, si se determina que el

hormigón del anclaje no estará sujeto a fisuración, mediante el siguiente factor:

fisuraciónesperasenosidospreinstalaanclajesen40,1�

fisuraciónesperasenosidospreinstalaanclajesen25,1�

fisuraciónesperasesi00,1�

s

s

s

===

Factor de modificación por hundimiento para anclajes pre/postinstalados

Se consideran los siguientes factores para control de hundimiento en anclajes sin

refuerzo adicional:

*ccdondedospreinstalaanclajesen*ch5,1

*cc

�

*ccdondeadospostinstalanclajesen00,1�

dospreinstalaanclajesen00,1�

h5,2*c

efh

h

h

ef

>⋅

≥=

≥==

⋅=

3.3.3 Determinación de Resistencia Básica al Arrancamiento de un Perno

Para un solo perno en tracción, la resistencia básica al arrancamiento Nb se expresa

como:

5,1efcb hc'fkN ⋅⋅=

Donde:

• Nb : resistencia básica al arrancamiento de 1 perno [N].

• hef : longitud embebida del perno [mm]

• f’c : compresión admisible hormigón, [MPa].

• kc : 10 para anclajes preinstalados, 7 para anclajes postinstalados


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3.3.4 Determinación de Resistencia Nominal al Arrancamiento del Grupo de Pernos

Habiendo calculado las áreas proyectadas nominales y efectivas de arrancamiento, los

distintos factores de modificación, y la resistencia básica de un perno, la resistencia

nominal al arrancamiento para un perno o grupo de pernos dispuesto se expresa como:

Caso 1: Perno Individual:

bhsbNco

NCcb N��

AA

N ⋅⋅⋅⋅=

Caso 2: Grupo de Pernos

bhsbeNco

NCgcb N��

AA

N ⋅⋅⋅⋅⋅=


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3.4 Resistencia al Arrancamiento por Corte del Hormigón

3.4.1 Determinación de Áreas Proyectadas de Pernos

En el caso del corte, las áreas proyectadas se calculan sobre la superficie libre lateral del

hormigón, como:

• AVco: Área proyectada de corte teórica para un perno: se considera una proyección

en la cara lateral del hormigón, de 1,5 veces la distancia mínima al borde de un perno

(ca) a cada lado, y una altura de 1,5 veces dicha distancia mínima. Esta superficie se

debe calcular, independientemente de las distancias al borde, pues se utiliza

posteriormente en la fórmula de resistencia al arrancamiento, ponderándola con el

área proyectada efectiva del anclaje. La siguiente figura muestra el área teórica

descrita:

3ca

V

AVco

ca

1,5c

a

Figura 3.3 Área Proyectada de Corte Teórica para 1 Perno

• AVc: Área proyectada de corte efectiva para un perno o grupo de pernos:

corresponde al área en la superficie lateral del hormigón, con un ancho definido por

la proyección paralela de 1,5 veces la distancia al borde del perno solicitado (cu1) a

cada lado de este, y una altura dada por el mínimo entre 1,5 veces la distancia al

borde y la profundidad del elemento de hormigón. La siguiente figura esquematiza

algunos casos típicos:


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cu1

ha <

1,5

cu1

1,5 cu1

V

AVc 1,5cu1

cu1

1,5c

u1

1,5 cu1

V

AVc

1,5cu1

s

cu11,

5cu1

1,5 cu1

V

AVc

1,5cu1

cu1

1,5c

u1

1,5 cu1

V

AVc

x < 1,5cu1

Figura 3.4 Área Proyectada Efectiva de Corte para 1 Perno o Grupo de Pernos

3.4.2 Factores de Modificación por Configuración de Pernos

Factor de modificación por carga excéntrica

En caso que el perno o grupo de pernos esté sometido a tracción excéntrica, se define el

siguiente factor de modificación:

0,1

ca3ev2

1

1�ev ≤

��

��

�

⋅⋅+

=

Donde:

• e : excentricidad del corte [mm]

• ca : distancia mínima al borde en la dirección de la carga [mm]


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Factor de modificación por efectos de borde

Definiendo como ca la distancia mínima desde los pernos al borde del elemento de

hormigón (ver Figura N° 3.2), se tiene el factor de modificación por efectos de borde:

ca5,1cbsica5,1

cb7,0�

ca5,1cbsi0,1�

bv

bv

⋅<⋅

+=

⋅≥=

Donde:


• cb : distancia mínima al borde en dirección perpendicular a la carga [mm]

Factor de modificación por fisuración

Se considera la modificación de la resistencia del anclaje, si se determina que el

hormigón del anclaje no estará sujeto a fisuración, mediante el siguiente factor:

confinadosmm13Dderefuerzosdisponensey,fisuraciónesperasesi40,1�

mm13Dderefuerzosdisponensey,fisuraciónesperasesi20,1�

mm13Dderefuerzosdisponensey,fisuraciónesperasesi00,1�

fisuraciónesperasesi00,1�

fisuraciónesperasenosi40,1�

sv

sv

sv

sv

sv

>=>=<=

==

3.4.3 Determinación de Resistencia Básica al Arrancamiento por Corte de un Perno

Se tienen las siguientes resistencias básicas:

Anclaje individual sin placas conectoras

5,10

2,0

0

eb cac'fd

dl

6,0V ⋅⋅⋅��

��

�⋅=

Anclaje individual con placas conectoras

5,10

2,0

0

eb cac'fd

dl

7,0V ⋅⋅⋅��

��

�⋅=


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Donde:

• Vb : resistencia básica al arrancamiento por corte de un perno, [N],

• le : longitud de apoyo, correspondiente al largo empotrado del perno, [mm]. le no

puede ser mayor a 8 d0.

• d0 : diámetro del anclaje, [mm].

• f’c : compresión admisible hormigón, [MPa]


3.4.4 Determinación de Resistencia Nominal al Arrancamiento de un Perno o Grupo de Pernos

Habiendo calculado las áreas proyectadas nominales y efectivas de arrancamiento por

corte, los distintos factores de modificación, y la resistencia básica de un perno, la

resistencia nominal al arrancamiento por corte para un perno o grupo de pernos

dispuesto se expresa como:

Caso 1: Perno Individual:

bsvbvVco

VCcb V��

AA

V ⋅⋅⋅=

Caso 2: Grupo de Pernos

bsbeVco

VCgcb V��

AA

V ⋅⋅⋅⋅=


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3.5 Resistencia a la Extracción por Deslizamiento del Anclaje

3.5.1 Determinación de Resistencia Nominal a la Extracción por Deslizamiento para Pernos con Cabeza o Tuerca

La resistencia a la extracción por deslizamiento para pernos con cabeza, tuerca o

similares está dada por:

c'fA8�N brgsp ⋅⋅⋅= Donde:

• Np : Resistencia nominal a la extracción, [N].

• �s : Factor de modificación por fisuración: 1 para hormigón con fisuras, 1,4 sin

fisuras.

• Abrg : Área de la tuerca o elemento similar, descontando el área del perno, [mm].


3.5.2 Determinación de Resistencia Nominal a la Extracción por Deslizamiento para Pernos con Gancho

La resistencia a la extracción por deslizamiento para pernos con gancho está dada por:

h0sp edc'f9,0�N ⋅⋅⋅⋅= Donde:

• Np : Resistencia nominal a la extracción, [N].

• �s : Factor de modificación por fisuración: 1 para hormigón con fisuras, 1,4 sin

fisuras.


• d0 : diámetro del perno, [mm²].

• eh : Longitud del gancho perpendicular al eje del perno [mm]. La distancia eh se

esquematiza en la siguiente figura:

eh eh

Figura 3.5 Ancho Efectivo Pernos con Gancho


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3.6 Resistencia al Desprendimiento Lateral por Tracción

En el caso de pernos de anclaje con una relación distancia al borde / longitud embebida

menor a 0,4, se debe chequear la resistencia al desprendimiento lateral por tracción, de

acuerdo al procedimiento mostrado a continuación.

Resistencia Nominal al Desprendimiento Lateral por Tracción – 1 Perno

c'fAc13N brgsb ⋅⋅⋅=

Donde:

• Nsb : Resistencia nominal al desprendimiento lateral por tracción para un perno, [N].

• c : Distancia mínima al borde [mm].

• Abrg : Área de la tuerca o elemento similar, descontando el área del perno, [mm].


Resistencia Nominal al Desprendimiento Lateral por Tracción – Grupo de Pernos

sbsbg Nc6

s1N ⋅�

�

��

�

⋅+=

Donde:

• Nsbg : Resistencia nominal al desprendimiento lateral por tracción para un grupo de

pernos, [N].

• s : Separación entre los pernos exteriores del grupo, [mm].

• c : Distancia mínima al borde [mm].

• Nsb : Resistencia nominal al desprendimiento lateral por tracción para un perno, [N].


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3.7 Resistencia al Desprendimiento Lateral por Corte

El corte puede producir desprendimiento lateral por cabeceo de los pernos de anclaje.

Por esta razón, se deben chequear los pernos de acuerdo al siguiente procedimiento:

Resistencia Nominal al Desprendimiento Lateral por Corte – 1 Perno

cbcpcp NkV ⋅= Donde:

• Vcb : Resistencia nominal al desprendimiento lateral por corte para un perno, [N].

• kcp : 1 si la longitud embebida es menor a 65 mm, 2 si es mayor o igual a 65 mm.

• Ncb : Resistencia al arrancamiento por tracción del perno, [MPa]. Ver punto 3.3.4.

Resistencia Nominal al Desprendimiento Lateral por Corte – Grupo de Pernos

cbgcpcpg NkV ⋅= Donde:

• Vcb : Resistencia nominal al desprendimiento lateral por corte para un grupo de

pernos, [N].

• kcp : 1 si la longitud embebida es menor a 65 mm, 2 si es mayor o igual a 65 mm.

• Ncbg : Resistencia al arrancamiento por tracción del grupo de pernos, [MPa]. Ver punto

3.3.4.


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3.8 Interacción Tracción – Corte

Para la verificación de la interacción de tracción y corte para un grupo de pernos, se

debe considerar el menor valor de resistencias nominales, entre los distintos estados

analizados para cada caso. Se tienen 3 escenarios:

Si Vu � 0,2·�Vn

Se verifica la tracción con la capacidad nominal completa, es decir:

nu N�75,0N ⋅≤

Si Nu � 0,2·�Nn

Se verifica el corte con la capacidad nominal completa, es decir:

nu V�75,0V ⋅≤

Si Vu > 0,2·�Vn y Nu > 0,2·�Nn

Se debe verificar interacción, como:

2,1Vn�75,0

VuNn�75,0

Nu ≤⋅

+⋅

El valor de � es en cada caso el correspondiente a corte o tracción, según se detalla en

el punto 4.0 de este documento.


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4.0 FACTORES DE REDUCCIÓN �

La siguiente tabla muestra los factores de reducción de la resistencia nominal a utilizar,

en función de la condición de control del diseño del anclaje.

Tabla 4.1 Factores de Reducción de Resistencia Diseño de Anclajes

Condición que controla el diseño � Tracción � Corte

Resistencia de un elemento de acero dúctil 0,75 0,65

Resistencia de un elemento de acero frágil 0,65 0,60

Resistencia del hormigón – Anclaje sin armadura complementaria 0,70 0,70

Resistencia del hormigón – Anclaje con armadura complementaria 0,75 0,75


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5.0 EJEMPLO DE APLICACIÓN

5.1 Configuración y Solicitaciones

Se requiere diseñar el anclaje para una columna HN40X172 (H400x400x22x12)

empotrada en su base. De acuerdo al diseño de la estructura de acero (ASD), se tiene la

siguiente configuración y solicitaciones:

T = 50t

4Ø1"POR LADO

175

Pernos A36Hormigón H-30Longitud de pernos:450 mm

225

HN

40X

172

ELEVACION PLANTA

Figura 5.1 Configuración Ejemplo Diseño de Anclaje en Hormigón

De la figura anterior, obtenemos los datos para el diseño de anclajes, en unidades

consistentes con el método presentado en este documento:

Dimensiones

• Diámetro de pernos d0 : 25,40 mm

• Longitud embebida hef : 450,00 mm

Materiales

• Tensión de fluencia pernos A36 : 248,28 MPa (ver 6.1)

• Compresión admisible hormigón : 25,00 MPa

V=20t


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Solicitaciones

La tensión sobre el grupo de pernos fue obtenida mediante tensiones admisibles, por lo

que es necesario mayorarlas para el diseño de hormigón según ACI. Dado que no se

conoce la combinación de carga que controla el diseño, se amplifica la tensión de

manera conservadora por 1,4:

• Tensión sobre el grupo de pernos : 70 t

• Tensión sobre el grupo de pernos : 686.700 N (ver 6.1)

• Corte sobre el grupo de pernos* : 28 t

• Corte sobre el grupo de pernos* : 274.680 N (ver 6.1)

* El valor de corte establecido es sólo una referencia para efectos del ejemplo a desarrollar. Recordar que la norma NCh.2369 exige una llave de corte que tome íntegramente dicha carga, para solicitaciones mayores a 5 kN.

5.2 Verificación de Requisitos Geométricos

Se verifican los requisitos mostrados en el punto 2.0 de este documento:

Tabla 5.1 Verificación Requisitos Geométricos Pernos de Anclaje

Parámetro Valor Requerido Mínimo Valor Efectivo

Distancia entre ejes de pernos

4 diámetros = 101,6 mm 150 mm

Distancia al borde pernos Requisitos de barras, capítulo 7.7 ACI318-05. En este caso, 50 mm

(175-25,4/2)=162,3 mm

5.3 Resistencia Nominal del Anclaje en Tracción

5.3.1 Resistencia Nominal de Pernos en Tracción

De acuerdo al punto 3.1, se tiene:

• n : 4

• Ase : 501,86 mm² (ver 6.2)

• Futa : 1,9·248,28 = 471,73 MPa

• Nsa : 4·501,86·471.73 = 946,970 N


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5.3.2 Resistencia Nominal en Arrancamiento por Tracción

Área proyectada efectiva

La siguiente figura muestra la determinación del área proyectada efectiva del grupo de

pernos:

1,5*450 =6751,5*450 =675

675

675

ANcEfectiva=765000mm²

ANcConsiderandoproyección de1,5 veces ellargoembebido delperno

Figura 5.2 Determinación de ANc

Luego:

• ANc : 765.000 mm²

Área proyectada teórica

• ANco: 9·hef² = 9·450² = 1.822.500 mm²

Factores de modificación

• �e : 1 (carga centrada)

• �b : 0,7+175/(1,5·450) = 0,96

• �s : 1 (se espera fisuración)

• �h : 1 (anclaje preinstalado, c* > c)

Resistencia básica de un perno

• Nb : 10·�25·4501,5 =477.297 N

Resistencia nominal del grupo de pernos

• Ncbg : (765.000/1.822.500)·1·1·0,96·1·477.297=192.333 N


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5.3.3 Resistencia Nominal en Deslizamiento por Tracción

Se determina la resistencia nominal en deslizamiento por tracción, según el método

explicado en el punto 3.5. Se asumirá un perno con cabeza, cuyo diámetro es 3”. Se

tiene:

• �s : 1,0 (se asume hormigón fisurado)

• Abrg : (�/4)·[(3·25,4)²- 25,4²]=1.013 mm²

• f’c : 25 MPa

• Np : 1,0·8·1.013·25=202.600 N

5.3.4 Resistencia Nominal en Desprendimiento Lateral por Tracción

Según el punto 3.6, se determina la resistencia nominal al desprendimiento lateral por

tracción como:

• c : 175 mm

• Abrg : (�/4)·[(3·25,4)²- 25,4²]=1.013 mm²

• f’c : 25 MPa

• Nsb : 13·175·�1.013·�25=362.040 N

• s : 600 mm

• Nsbg : [1+600/(6·175)] ·362.040=568.920 N

5.3.5 Resistencia Nominal Global en Tracción

Una vez calculada la resistencia nominal en tracción para los 4 casos anteriores, se tiene

la resistencia nominal del anclaje como el mínimo entre esos valores:

• Resistencia nominal de pernos en tracción, Nsa : 946.770 N

• Resistencia nominal en arrancamiento por tracción, Ncbg : 192.333 N

• Resistencia nominal en extracción por deslizamiento, Np : 202.600 N

• Resistencia nominal en desprendimiento lateral por tracción, Nsbg : 568.920 N

• Resistencia nominal global en tracción, Nn : 192.333 N

Cabe destacar que si bien es común que controle la resistencia nominal en

arrancamiento, como en este caso, no se trata de un resultado global, por lo que es

necesario de todas maneras revisar las demás condiciones.


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5.4 Resistencia Nominal del Anclaje en Corte

5.4.1 Resistencia Nominal de Pernos en Corte

Conforme al punto 3.2, se tiene:

• n : 4

• Ase : 501,86 mm² (ver 6.2)

• Futa : 1,9·248,28 = 471,73 MPa

• Vsa : 4·501,86·0,6·471.73 = 503.140 N

5.4.2 Resistencia Nominal en Arrancamiento por Corte

Área proyectada efectiva

La siguiente figura muestra la determinación del área proyectada efectiva para corte del

grupo de pernos:

1,5*

175=

262,

5

AVc

175

1,5*175=262,5

1,5*175=262,5

937,5

Figura 5.3 Determinación de AVc

Luego:

• AVc : 937,5 ·262,5 = 246.094 mm²


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Área proyectada teórica

• AVco: 4,5·ca² = 4,5·175² = 137.813 mm²

Factores de modificación

• �e : 1 (carga centrada)

• �b : 1 (distancia mínima < 1,5 veces distancia perpendicular al borde)

• �s : 1 (se espera fisuración)

Resistencia básica de un perno

• Vb : 0,6·(450/25,4)0,2 ·�25,4·�25·1751,5 =62.197 N

Resistencia nominal del grupo de pernos

• Vcbg : (246.094/137.813)·1·1·1·62.197=111.431 N

5.4.3 Resistencia Nominal en Desprendimiento Lateral por Corte

De acuerdo al punto 3.7, se tiene:

• Ncbg : 192.333 N (determinado para el caso en tracción)

• kc : 2 (largo embebido > 65 mm)

• Vcbg : 2·192.333=384.666 N

5.4.4 Resistencia Nominal Global en Corte

Teniendo la resistencia nominal en corte para los 3 casos anteriores, se elige el valor

mínimo como la resistencia global del anclaje:

• Resistencia nominal de pernos en corte, Vsa : 503.140 N

• Resistencia nominal en arrancamiento por corte, Vcbg : 141.431 N

• Resistencia nominal en desprendimiento lateral por corte, Vcp : 384.666 N

• Resistencia nominal global en corte, Vn : 141.431 N


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5.5 Verificación del Anclaje

5.5.1 Determinación de Factores de Reducción de Resistencia

En primer lugar, se verifica el caso que controla la resistencia nominal para tracción y

corte, siendo en este caso ambos arrancamiento del hormigón. Por otra parte,

suponemos (por simple inspección de las cargas últimas) que será necesario disponer

refuerzo adicional en el hormigón. Con estos datos, se ingresa a la Tabla 4.1, de donde:

• �N :0,75

• �V :0,75

En ambos casos, el factor final de reducción será 0,75·�, dado que la estructura

analizada se encuentra en zona sísmica.

5.5.2 Verificación en Tracción

Se tiene:

• Nu : 686.700 N

• �Nn: 0,75·0,75·192.333 = 108.187 N

De acuerdo a lo anterior, el hormigón en la zona de anclaje no resiste por si sólo la carga

última de tracción, siendo necesario disponer un refuerzo para tomar una fuerza de

686.700 – 108.187 N = 578.513 N.

5.5.3 Verificación en Corte

De acuerdo a los resultados obtenidos,

• Vu : 274.680 N

• �Nn: 0,75·0,75·141.431 = 79.556 N

Se tiene que el hormigón no resiste por sí solo el corte en el anclaje, por lo que será

necesario disponer armadura adicional para una carga de 274.680 – 79.556 N = 195.124

N.

5.5.4 Verificación de Interacción

En este caso, no es necesario el chequeo, ya que se tiene que tanto la tracción como el

corte que soporta el anclaje son menores a las cargas últimas, y por tanto, se dispondrán

refuerzos adicionales.


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5.6 Diseño de Refuerzos

Conforme a los resultados obtenidos, es necesario disponer los siguientes refuerzos:

5.6.1 Armadura Longitudinal

Para una tracción de 578.513 N = 58,97 t. Asumiendo que se utilizan barras A63-42H, se

debe disponer un área dada por:

²cm84,152,49,0

97,58A =

⋅=

Esta área de armaduras se considera adicional a la armadura longitudinal dispuesta en

el elemento de hormigón según su propio diseño. Por tanto, se deben agregar barras o

bien modificar el diámetro de las ya calculadas, a fin de incluir el área requerida adicional

para refuerzo del anclaje. Si la armadura longitudinal corresponde a valores mínimos,

sólo será necesario aumentarla si el área requerida por cálculo del elemento más el área

adicional del anclaje superan a dichos valores.

5.6.2 Armadura de Corte

Se debe disponer una armadura adicional de corte de para soportar una carga de

195.124 = 19,89 t. Al igual que en el caso anterior, esta armadura se debe agregar a la

cuantía calculada para el elemento de hormigón, teniendo cuidado en verificar si la

armadura del elemento corresponde a valores mínimos, y recordando que para el caso

de pedestales el código ACI318 exige –independiente del cálculo- la disposición de un

mínimo de 3 estribos de 10 mm en los primeros 125 mm del pedestal, los que pueden

ser considerados en la armadura de corte adicional requerida.


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6.0 ANEXO: DATOS TÍPICOS DE PERNOS DE ANCLAJE

6.1 Unidades

• 1 kip = 1000 lb = 0,4536 tonf

• 1 N = 1/9,81 kgf = 1/9810 tonf

• 1 ksi = 1 kip/in² = 70,3814 kgf/cm² = 0,0703 tonf/cm²

• 1 MPa = 106 N/m² = 101,9368 tonf/m² = 10,1937 kgf/cm² = 0,1450 ksi

6.2 Dimensiones Pernos de Anclaje

Tabla 6.1 Dimensiones Típicas Pernos de Anclaje

Diámetro in

Diámetro mm

Área gruesa mm²

Hilos hilos/mm

Área efectiva mm²

¼ 6,35 31,67 20 31,19

3/8 9,52 71,26 16 70,35

½ 12,70 126,68 13 125,19

5/8 15,88 197,93 11 195,73

3/4 19,05 285,02 10 282,11

7/8 22,23 387,95 9 384,18

1 25,40 506,71 8 501,86

1 1/8 28,58 641,30 7 635,07

1 ¼ 31,75 791,73 7 784,80

1 3/8 34,93 957,99 6 949,11

1 ½ 38,10 1140,09 6 1130,39

1 ¾ 44,45 1551,79 5 1538,22

2 50,80 2026,83 4,5 2009,59

2 ¼ 57,15 2565,21 4,5 2545,81

2 ½ 63,50 3166,92 4 3142,67

2 3/4 69,85 3831,98 4 3805,30

3 76,20 4560,37 4 4531,26

3 1/4 82,55 5352,10 4 5320,56

3 ½ 88,90 6207,17 4 6173,20

3 3/4 95,25 7125,57 4 7089,18

4 101,60 8107,32 4 8068,49


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6.3 Propiedades de Aceros

Tabla 6.2 Propiedades de Aceros

Acero Tensión de Fluencia tonf/cm²

Tensión de Fluencia ksi

A42-27ES 2,70 38,40

A36 2,53 36,00

A307 2,60 37,00

A63-42H 4,20 59,74

A325 5,69 81,00

A490 8,47 120,00

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