Cómo el mecanismo de expansión de los anclajes de martillo crea una fuerza de bloqueo en el material base

I. Conceptos básicos estructurales y principios de funcionamiento de los anclajes de martillo

Como anclaje mecánico común, anclajes de martillo Son ampliamente utilizados en construcción e ingeniería. Su valor fundamental reside en la fijación rápida y fiable de materiales como hormigón, mampostería o bloques mediante un simple golpe de martilleo. Comprender su mecanismo de expansión es clave para dominar su rendimiento de carga y su instalación adecuada.

La estructura principal de un anclaje de martillo normalmente consta de tres componentes principales:

Cuerpo de anclaje: normalmente un tubo o manguito de metal cilíndrico con una sección de expansión (o sección ranurada) en el exterior. Este es el principal componente que genera fricción y presión contra el sustrato.

Pasador de accionamiento: Un pasador o clavo de metal sólido que aplica directamente la fuerza del martilleo. Su diámetro es ligeramente mayor que el diámetro interior del cuerpo del anclaje.

Cabeza: La porción expuesta del anclaje que asegura el objeto que se está sujetando (como una abrazadera, soporte, etc.).

La fuerza de bloqueo del anclaje no se debe simplemente a una reacción química o adhesiva, sino a una acción puramente mecánica. El mecanismo es un mecanismo de expansión de desplazamiento forzado. El acuñamiento del eje de la púa fuerza el cuerpo del anclaje hacia afuera, generando una fuerte fuerza de compresión radial, o fuerza de bloqueo, en la pared del orificio previamente perforado.

II. Spike Drive: la fuente de la fuerza de compresión radial

El mecanismo de expansión comienza con el martilleo del eje de la púa. Cuando el instalador golpea la cabeza del eje de la púa con un martillo, la energía cinética se convierte en un empuje axial significativo. Debido al diámetro del eje de la púa y al diseño de la punta, se fuerza hacia la sección de expansión dentro del cuerpo del anclaje.

La clave de este proceso reside en el efecto cuña:

Empuje cónico: el eje de la púa suele tener una cabeza plana o biselada. Cuando ingresa al cuerpo del ancla, su volumen ocupa el espacio dentro del cuerpo del ancla.

Deformación del material: la sección de expansión del cuerpo del anclaje generalmente está diseñada con cortes o ranuras (generalmente dos o cuatro) para impartir un cierto grado de elasticidad y plasticidad.

Expansión forzada: El acuñamiento continuo del eje de la púa obliga al cuerpo del anclaje a expandirse radialmente (perpendicular al eje del anclaje) a lo largo de sus ranuras.

Esta expansión radial elimina directamente el espacio entre la pared exterior del anclaje y la pared del orificio del material base, transformándolo en compresión continua.

III. Fricción y tensión interna: generación y estabilidad de la fuerza de bloqueo

Cuando el cuerpo del anclaje se ve obligado a expandirse por el eje del perno y se adhiere a la pared del orificio del material base, se genera oficialmente la fuerza de bloqueo. Esta fuerza de bloqueo se manifiesta de dos maneras principales:

Alta resistencia a la fricción:

Compresión: La enorme presión radial ejercida por la sección de expansión sobre la pared del agujero, siguiendo la ley de fricción de Coulomb, genera una fuerza de corte inversa en la interfaz entre el cuerpo del anclaje y la pared del agujero.

Resistencia a la tracción: cuando el anclaje se somete a una carga de tracción, es esta fricción la que resiste la tendencia del cuerpo del anclaje a salir del orificio, proporcionando su resistencia a la tracción primaria.

Estrés interno del sustrato:

Concentración de tensiones localizadas: La expansión del anclaje provoca tensiones de compresión y de tracción circunferenciales localizadas extremadamente altas en el hormigón o la mampostería circundante.

Fiabilidad del anclaje: esta tensión interna garantiza que el anclaje y el material base formen un todo firme e inseparable. El sistema de anclaje fallará sólo cuando la carga exceda la resistencia inherente al corte o a la tracción del material base (lo que provocará una falla cónica del concreto).

IV. Profundidad de empotramiento efectiva y garantía de rendimiento

El mecanismo de expansión de un anclaje de martillo debe funcionar completamente dentro de su profundidad efectiva de empotramiento. La profundidad de empotramiento efectiva determina directamente el área de contacto y el volumen que generan la fuerza de bloqueo.

Profundidad de empotramiento insuficiente: si el anclaje no alcanza la profundidad de empotramiento mínima del fabricante, es posible que la sección de expansión no penetre completamente la capa de soporte efectiva del material base o que el área de distribución de presión radial sea demasiado pequeña, lo que resulta en una reducción significativa de la resistencia a la extracción.

Martilleo excesivo: si bien está destinado a garantizar una expansión suficiente, el martillazo excesivo puede hacer que el eje del ancla penetre demasiado rápido, lo que resulta en una deformación plástica excesiva del cuerpo del ancla e incluso daños en la abertura del material de la base, lo que a su vez debilita la fuerza de bloqueo.