Los terremotos son acontecimientos inevitables

En todas las partes del mundo, las metodologías de diseño sísmico han ganado importancia en los últimos años, no solo para las estructuras primarias, sino también para los elementos secundarios como soporte de equipos, instalaciones, fachadas de edificios y otros elementos no estructurales. Esta relevancia no se limita a las regiones sísmicas tradicionales, sino que también se extiende a Europa Central, donde históricamente se ha subestimado la amenaza de los terremotos. Los grandes terremotos en Europa, como el trágico terremoto de Lisboa de 1755 y la distribución de la sismicidad mostrada en la Fig. 1.0, no son solo eventos del pasado, sino que también representan riesgos actuales. 

De hecho, los costes económicos y sociales asociados al fallo o interrupción de determinados servicios y equipos, como los sistemas de suministro de agua, energía o telecomunicaciones y las líneas de tráfico, son de magnitud comparable a los costes asociados a los fallos estructurales, si no mayores.

Dado que los anclajes post instalados se utilizan a menudo para fijar elementos estructurales y no estructurales, es de suma importancia asegurar un diseño y selección adecuados para garantizar la seguridad y minimizar los costos asociados a eventos sísmicos. Durante la fase de diseño, es crucial detallar claramente las conexiones para que tanto los contratistas como los inspectores de edificios puedan comprender las especificaciones del proyecto de manera uniforme. Esta práctica no solo evita el alto riesgo de delegar la responsabilidad a los subcontratistas, sino que también promueve la seguridad y la eficacia en la ejecución del proyecto. 

Cómo influyen los eventos sísmicos en el comportamiento del hormigón como material base 

Cuando una estructura se ve afectada por el movimiento sísmico del terreno, experimenta un desplazamiento que conlleva la deformación de cada uno de sus elementos. Esta deformación conduce a la formación y apertura de grietas en los elementos de hormigón. Por consiguiente, todos los anclajes destinados a transferir cargas sísmicas deben ser adecuados para su uso en hormigón fisurado y su diseño debe tener en cuenta que las fisuras del hormigón se abrirán y cerrarán cíclicamente mientras dure el movimiento del terreno. 

No obstante, algunas partes de las estructuras pueden sufrir deformaciones inelásticas extremas, como se muestra en la Fig. 1.1. En las zonas reforzadas, la elasticidad de la armadura y la formación de grietas pueden dar lugar a fisuras de varios milímetros de anchura, sobre todo en las zonas de las rótulas plásticas.
Los procedimientos actuales de cualificación de los anclajes no prevén anchos de fisura tan grandes. Por lo tanto, se recomienda evitar la instalación de anclajes en estas regiones donde se espera que ocurran deformaciones plásticas, a menos que se tomen medidas de diseño adecuadas.

Marco normativo del comportamiento de las conexiones de anclaje

El Eurocódigo 1, el Eurocódigo 2 y el Eurocódigo 8 (EN 1991, EN 1992 y EN 1998) establecen el marco de diseño de las estructuras de hormigón, mientras que, en el caso de los anclajes, el Documento de Evaluación Europeo define los requisitos de cualificación y diseño de las fijaciones de anclaje.

En condiciones sísmicas, la norma EN 1998 proporciona el método para calcular la acción sísmica y la respuesta estructural, mientras que la EN 1992 ofrece el método de diseño y la resistencia de los componentes de hormigón.

El método de diseño para anclajes se define en EN 1992-4 Anexo C: Diseño de fijaciones en condiciones sísmicas. La resistencia se indica en la Evaluación Técnica Europea (ETA) del producto específico basada en la EOTA TR049 de anclajes metálicos en condiciones sísmicas. La diferencia fundamental entre el diseño de elementos estructurales y el sistema de código de diseño de anclajes radica en el requisito de cualificación o evaluación del rendimiento de los anclajes.

Definición de la carga sísmica según EC8

El punto de partida para la definición de las acciones sísmicas es el espectro de diseño sísmico. En Europa, la peligrosidad sísmica se define por la aceleración máxima del terreno (AGP). Se establece una distinción clara entre sismicidad baja y muy baja, según la aceleración del suelo en el lugar del proyecto. En casos de sismicidad muy baja, no es necesario cumplir ninguna disposición sísmica específica. 

La influencia del tipo de suelo se tiene en cuenta en el Eurocódigo mediante un coeficiente de emplazamiento que se basa en la correspondencia de las clasificaciones del suelo. El Eurocódigo categoriza los edificios según el riesgo de un comportamiento sísmico inadecuado y les asigna un factor de importancia correspondiente con valores similares.

Para determinar la carga en cada nivel de la estructura, se pueden emplear diversos métodos ampliamente reconocidos a partir del esfuerzo cortante sísmico en la base.

Cualificación del comportamiento sísmico de los anclajes

En Europa, la norma EN1992-4 es válida para el ensayo de anclajes mecánicos y químicos instalados a posteriori. Se presentan dos tipos de ensayo diferentes para evaluar la adecuación del anclaje para su uso en caso de sismo, lo que da lugar a dos categorías de comportamiento sísmico clasificadas de la siguiente manera:

• Categoría sísmica C1 – solo apto para aplicaciones no estructurales
• Categoría sísmica C2: ensayos sísmicos con ancho de fisura variable, más exigente que la categoría C1. Clasifican un anclaje como adecuado para aplicaciones estructurales y no estructurales.

Mientras que la categoría sísmica C1 establece simplemente que el anclaje debe funcionar en fisuras de 0.5mm de ancho.

La categoría sísmica C2 implica una serie de pruebas de carga sísmica y/o de ciclos de fisuras bastante más exigentes, especialmente si se tiene en cuenta que, para evaluar el comportamiento sísmico a tracción, una de las pruebas implica el ciclo de las fisuras hasta una anchura de 0.8 mm.

El uso de estos anclajes depende del nivel de sismicidad, que se define como el producto de ag.S, donde ag es la aceleración del terreno de diseño y S es el factor de suelo según el Eurocódigo 8. En su anexo C, el EC2-4 divide las categorías sísmicas según este nivel de sismicidad. A partir de esta clasificación, se pueden extraer valores adecuados del ETA del anclaje y utilizarlos en el diseño. 

Resistencia sísmica de los anclajes según el anexo C EN 1992-4

Tabla 4. Opciones de diseño sísmico según la directriz sísmica europea 

¿Cómo especificar el anclaje en condiciones sísmicas? 

La Normativa Sísmica Europea establece tres alternativas de diseño sísmico, siendo el diseño elástico la opción más recomendable debido a su capacidad para calcular el anclaje con precisión y resistir los esfuerzos indicados en el diseño. En este contexto, Hilti ofrece una amplia gama de anclajes homologados para sismo, tanto para categoría C1 como C2, junto con la herramienta PROFIS Engineering, que facilita la determinación de la categoría sísmica necesaria y el cálculo del diseño sísmico de anclajes para conexiones de acero-hormigón.

Para el cálculo del diseño sísmico en elementos no estructurales, debemos irnos al EC2-4, utilizando la fórmula simplificada. A la hora de realizar nuestro diseño en el programa, y seleccionar el diseño elástico, automáticamente se establece el factor de comportamiento necesario para los elementos no estructurales, asegurando así la integridad de estos elementos ante eventos sísmicos. 

Es de suma importancia realizar el cálculo de todos los posibles modos de fallo, tanto de tracción como cortante. Este enfoque integral garantiza la seguridad y estabilidad de las conexiones en diversas condiciones operativas y ante eventos sísmicos. Es importante mencionar que PROFIS Engineering no permite el cálculo de acero, fijación a distancia.

Importancia de comprobar los desplazamientos con PROFIS Engineering

Soluciones Hilti para conexiones sísmicas con anclajes 

Hilti recomienda la instalación del set dinámico para todos los cálculos de diseño sísmico, ya que se duplica la resistencia cortante por el relleno y además se asegura que la tuerca no se afloja durante los ciclos de carga sísmica repetitivos. 

Conclusión 

Hilti ofrece una extensa gama de anclajes homologados para sismo, recogidos para su diseño con el Software gratuito PROFIS Engineering, que simplifica el cálculo del diseño sísmico y ofrece una solución integral. Si deseas obtener más información sobre el diseño sísmico de anclaje, te invitamos a ver la formación “Diseño sísmico de anclajes para conexiones estructurales acero-hormigón” en este enlace, donde podrás acceder a recursos prácticos con la herramienta de PROFIS Engineering.