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Concepto y clasificación de los anclajes

Figura 1. Detalle de un anclaje pasivo formado por un bulón. http://cimentacionesyaplicaciones.blogspot.com.es

Los anclajes son dispositivos constituidos por tirantes o por barras rígidas que, integrados en un talud de roca o en ciertas partes de una obra (muros, zapatas, etc.), pueden aumentar su resistencia y estabilidad al trabajar a tracción (Figura 1). Lo habitual es que estén constituidos por armaduras metálicas alojadas en perforaciones realizadas en el terreno, cuyo fondo se ancla mediante inyecciones o dispositivos mecánicos expansivos, y luego se fijan en el exterior de la estructura o en placas que se apoyan directamente en la superficie del terreno. Los anclajes se utilizan para arriostrar estructuras de contención, estabilizar el terreno, reforzar estructuras o absorber esfuerzos en la cimentación de estructuras (Figura 2).

Figura 2. Ejemplos de aplicación de los anclajes

Los anclajes permiten la movilidad en la obra y son más económicos que los arriostramientos para grandes vaciados y superficies. Por otra parte, ofrecen seguridad por estar tesados y, por consiguiente, haberse realizado una prueba de carga in situ. Sin embargo, una deficiente instalación de los anclajes puede ocasionar fallos estructurales. Además, pueden surgir problemas jurídicos si nos salimos de los límites de la propiedad al realizar los anclajes.

Por su forma de trabajar, los anclajes pueden clasificarse en activos, pasivos y mixtos:

  • Anclaje activo: una vez instalado, se pretensa hasta llegar a su carga admisible. De esta forma, el terreno se comprime entre la zona de anclaje y la estructura o placa de apoyo. Se utilizan cables tensados.
  • Anclaje pasivo: entra en tracción por sí solo, al presentarse la fuerza exterior y oponerse la cabeza al movimiento del terreno o de la estructura (Figura 3). En consecuencia, puede sufrir grandes desplazamientos. Se utilizan barras de acero, denominadas bulones o pernos. Normalmente, no pasan de 10 m de longitud.
  • Anclaje mixto: se pretensa la armadura por debajo de la carga admisible, reservando una parte de su capacidad resistente para otras posibles solicitaciones. Se utilizan cables tensados.
Figura 3. Anclaje pasivo con bulón. http://cimentacionesyaplicaciones.blogspot.com.es

En función del tiempo de actuación, los anclajes pueden ser temporales o permanentes:

  • Anclaje temporal: es un medio auxiliar en la construcción que permite estabilizar la estructura durante el tiempo necesario (de 9 meses a 2 años, dependiendo de las normas) para disponer otros elementos resistentes que los sustituyan.
  • Anclaje permanente: se dimensionan con mayores coeficientes de seguridad. Uno de los mayores peligros es la corrosión, tanto para las zonas de bulbo y alargamiento libre, como para la cabeza de anclaje. La Figura 4 muestra un anclaje permanente al terreno.
Figura 4. Anclajes permanentes al terreno. http://www.micros.es/anclajes-permanentes.asp

He grabado un pequeño vídeo explicativo sobre el concepto y la clasificación de los anclajes.

Os dejo un vídeo de Ingeosolum donde se puede ver cómo se realiza el tesado de anclaje para IngeoNAIL provisional de 3 m de altura en Pamplona.

Referencia:

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

Cursos:

Curso de compactación superficial y profunda de suelos en obras de ingeniería civil y edificación.

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

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La técnica del bulonaje

Figura 1. Anclaje pasivo con bulón. http://cimentacionesyaplicaciones.blogspot.com.es

Un bulón o perno es un elemento normalmente metálico que tiene como objetivo reforzar y soportar rocas fracturadas o incompetentes para prevenir su rotura. Sería cualquier tipo de mecanismo de soporte que, insertado en el interior del terreno, le proporcionaría un aumento de rigidez o de resistencia a tracción y corte. El bulón, cuando el terreno quiere deformarse, introduce unos esfuerzos adicionales en el macizo que contribuyen a su estabilidad general. Se puede decir que “cosen” las discontinuidades del macizo rocoso, impidiendo deslizamientos y caídas de cuñas y bloques, y por otra parte aportan al tereno un efecto de confinamiento.

La longitud de un bulón, por razones constructivas, suele estar comprendida entre 1,5 y 10 m. Se colocan en el interior del terreno desde una superficie libre, a través de un taladro. Sin embargo, la fuerza que puede soportar cada bulón es relativamente reducida, lo cual implica una densidad de aplicación elevada. Es habitual el uso de barras de acero de 20 a 40 mm de sección, admitiendo cargas del orden de 10 a 25 t.

Figura 2. Perno sujetando cables y mallazo en las proximidades del embalse de Loriguilla (Valencia). Fotografía: V. Yepes (2021)

Podemos distinguir un bulón de un anclaje por cables en dos aspectos fundamentales:

  • Su longitud, que raramente supera los 10 m, siendo habitual longitudes comprendidas entre 2 y 5 m.
  • Su fuerza resistente. El bulón no se tesa como el anclaje a una fracción importante de su carga de rotura.
Figura 2. Perno de anclaje SPLITBOLT(C). Cortesía de Aceros Arquipa.

Los primeros bulones que se utilizaron en una cantera de pizarras de Angers, al norte de Gales, (1872) eran de madera seca, donde se clavaban perpendicularmente a los planos de esquistosidad para lograr el cosido. Por efecto de la humedad del terreno, se conseguía un anclaje continuo debido al hinchamiento higroscópico de la madera. En minería subterránea, el primer empleo de este sistema de sostenimiento se produce a finales del siglo XIX en una mina cercana al río Missouri, en Estados Unidos. Sin embargo, no es hasta finales de la Segunda Guerra Mundial, en Estados Unidos, cuando se produce la gran expansión de esta tecnología. Con el “Nuevo Método Austríaco“, la tecnología del bulonaje y del gunitado se convierte en pieza fundamental en la construcción de túneles.

Los elementos funcionales de un bulón son los siguientes:

  1. Un dispositivo de aplicación y reparto de fuerzas sobre la superficie libre del terreno, que generalmente es una placa metálica de reparto, que se solidariza al sistema mediante una tuerca o anillo con su arandela.
  2. Un elemento transmisor de esfuerzos desde la superficie al interior del terreno, que suele ser una barra o tubo cilíndrico, normalmente de acero, aunque también pueden ser de otros materiales como el poliester o la fibra de vidrio.
  3. Un elemento o técnica de anclaje que solidariza el sistema en el interior del terreno. Así pueden existir bulones con anclaje puntual por cuña o por cabeza de expansión, o bien bulones con  anclaje repartido, que puede ser mecánico (torsión del tubo, presión de aire, ajuste de barra) o químico (inyección de cemento o resina).

La técnica continúa empleándose con gran profusión debido a sus indudables ventajas:

  • Simpleza
  • Funcionalidad
  • Relativa economía frente a otros tipos de sostenimiento
  • Permite usarse como soporte temporal o permanente, y en función de ello, las características del bulón a emplear son muy diferentes
  • Permite reducir la sección transversal en las excavaciones
  • Admite total mecanización.

Hoy día el tipo de pernos de anclaje es muy variado. Os dejo un vídeo donde se explican sus variantes.

En este vídeo podemos ver el anclaje SPLITBOLT®, en un vídeo de Aceros Arequipa.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.

http://www.dsiunderground.com/uploads/media/DSI_Underground_Systems_Trusses_Slings_US_01.pdf

Bieniawski, Z.T. (1990). Tunnel design by rock mass classifications. (link)

http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-080399-152659/unrestricted/WholeVersion.pdf

http://rezazt.tripod.com/sitebuildercontent/sitebuilderfiles/rockboltdesignreport.pdf

http://home.agh.edu.pl/~cala/hoek/Chapter5.pdf