Las fijaciones con anclajes permiten que las estructuras metálicas transfieran cargas pesadas al hormigón. Estas uniones son altamente relevantes para la seguridad estructural y por ello deben diseñarse con precisión.
Un enfoque generalizado y consolidado a la hora de calcular una unión acero-hormigón es suponer que la placa de anclaje es 100% rígida, permitiendo una distribución lineal de las cargas. Lo más probable es que esto sea lo que has considerado en todos tus diseños anteriores de anclajes postinstalados pero, como ocurre con cualquier otra suposición, esto debe verificarse.

Un requisito de la normativa EN 1992-4

El apartado 6.2.1(1) de la normativa EN 1992-4 establece que las cargas de tracción que actúan sobre el anclaje deben tener en cuenta la rigidez de la placa base. De hecho, el ingeniero de diseño debe confirmar que la placa base sigue siendo elástica bajo las acciones de diseño y las deformaciones siguen siendo insignificantes.

Si esto no es posible cumplirlo, entonces las deformaciones en la placa deben ser consideradas en la determinación de las cargas de tensión que actúan sobre el anclaje.

En otras palabras, el ingeniero de diseño debe comprobar la rigidez de la placa base, y si determina que la placa base es flexible, las cargas de tensión en los anclajes deben tenerlo en cuenta.

¿Qué significa que la placa de anclaje es rígida?

En el comportamiento teórico de placa de anclaje rígida, la distribución de la carga se simplifica suponiendo que la propia placa no se deforma de forma análoga a la teoría de vigas de Euler-Bernoulli.

Las deformaciones se distribuyen linealmente a través de la sección transversal de la placa.

Bajo esta hipótesis, la distribución de la carga bajo la placa y el anclaje se determina como se ilustra en la siguiente figura.

Fuerzas de reacción en la fijación debido a un momento de flexión,

carga de tensión y compresión en una placa base de anclaje rígida

Esta teoría simplificada de la rigidez de la placa está generalmente aceptada por el colectivo de ingeniería.

Sin embargo, la incorrecta o no verificación de esta asunción puede significar un incremento significativo de las cargas aplicadas tanto a los anclajes como a la propia placa o al hormigón.

Vamos a ver la importancia de esta verificación teniendo en cuenta las tres consecuencias principales de aplicar incorrectamente la teoría de la rigidez para una placa de anclaje insuficientemente rígida.

Consecuencia 1: Mayores cargas en los anclajes y mayores esfuerzos en el hormigón

Si al contrario de lo que se supone, la placa de anclaje se comporta de manera flexible, esto puede dar lugar a una reducción del brazo de palanca de las fuerzas internas y, por tanto, a mayores cargas en los anclajes, en función del grado de rigidez.

Las esquinas de la placa se comprimirán contra el hormigón, produciendo efecto palanca que, a su vez, suponen a un aumento de las fuerzas de tracción en los anclajes.

La reducción del brazo de palanca en una placa de anclaje flexible

resulta en mayores cargas de tensión en los anclajes

y las fuerzas de compresión en el hormigón

Este mismo incremento de las cargas en los anclajes se produce también en el caso de estar sometido a cargas de tracción. En este caso, la deformación de la placa de anclaje conduce a una sobrecarga significativa de los anclajes y al fallo prematuro de un anclaje dentro del grupo.

En una placa flexible a tensión, la deformación de la placa

se equilibra con una mayor carga de tensión en los anclajes

Además, en el caso de una placa no rígida sometida a cargas predominantemente de compresión, la distribución de tensiones en el hormigón bajo la placa podría dar lugar a valores más altos que los calculados bajo el supuesto de comportamiento rígido.

En una placa flexible comprimida,

la distribución de cargas da lugar a una mayor

compresión concentrada en el hormigón bajo la placa

Consecuencia 2: Subestimación de la desviación en el ELS

Las placas de anclaje no rígidas tienden a mostrar una mayor deformación que las placas rígidas.

Para el caso de una viga en voladizo, una placa de anclaje no rígida dará lugar a un mayor desplazamiento, ya que se producirá una mayor rotación en la placa.

Como ingeniero, deberás tener en cuenta esto en la evaluación del Estado Límite de Servicio (ELS), especialmente en las aplicaciones en voladizo y autoportantes.

La solución

Por todo esto, la evaluación de la rigidez de la placa es fundamental en términos de seguridad del diseño de la aplicación.

A pesar de ello, no existen reglas claras en la normativa sobre cómo validar adecuadamente este requisito. Por lo tanto, este paso suele omitirse o sólo se tienen en cuenta juicios cualitativos sobre la geometría de la placa (por ejemplo, "sensación de espesor suficiente") y la disposición de los rigidizadores.

El comportamiento real no se puede resolver con simples ecuaciones de estructuras. La forma más avanzada de modelizar problemas de ingeniería complejos es utilizar el análisis de elementos finitos (FEA o FEM).

El método usado por PROFIS Engineering para similar un comportamiento real de las placas base es CBFEM – Component Based Finite Element Method (en analogía con EN1993-1-8, sección 6).

La resistencia de cada elemento se comprueba de forma separada en función de las normas que aplican (EC2, EC3)

La conexión está dividida en componentes principales: (perfil, refuerzos, soldaduras, placa, hormigón y anclajes) que se modelizan de forma diferente y precisa en el modelo de elementos finitos de PROFIS.

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