¿Cuál es el mecanismo principal por el cual un único anclaje de expansión resiste la fuerza cortante?

En conexiones estructurales, los anclajes de expansión simples no solo deben resistir fuerzas de tracción perpendiculares al material base sino, fundamentalmente, también deben resistir fuerzas de corte (Shear Load) que actúan paralelamente a la superficie. El rendimiento al corte es una métrica definitoria para evaluar la seguridad y confiabilidad general de cualquier sistema de anclaje. Una comprensión profesional profunda del mecanismo por el cual estos anclajes resisten el corte es fundamental para un diseño de ingeniería sólido.

I. Los mecanismos duales de resistencia al corte

Los principales mecanismos a través de los cuales una anclaje de expansión simple resiste la fuerza de corte se clasifican en dos acciones fundamentales: Acción de corte del acero y fricción y soporte del concreto. En aplicaciones prácticas, estos dos mecanismos funcionan simultáneamente, pero su contribución dominante varía según el tipo de anclaje, la calidad de la instalación y el escenario de carga específico.

1. Acción de corte del acero (el mecanismo de falla del metal)

Este mecanismo es el más directo y predecible en los cálculos de capacidad de carga. A medida que aumenta la carga de corte, el material de acero de la varilla de anclaje o de los componentes conectados se convierte en la principal fuente de resistencia.

Descripción del mecanismo: La fuerza cortante actúa directamente a través de la sección transversal del ancla. Siempre que el hormigón circundante posea suficiente resistencia para evitar una inclinación o desplazamiento significativo del anclaje, la resistencia máxima del anclaje dependerá de la resistencia máxima al corte de su material de acero. El punto crítico de fallo es el corte de la varilla de anclaje o de la rosca de conexión.
Factores de control: La resistencia al corte del acero se rige principalmente por el diámetro del anclaje y el grado del acero (como acero inoxidable de grado 5.8, 8.8 o A4). Un aumento en el diámetro y la calidad del acero da como resultado un aumento casi proporcional en la capacidad final de corte del acero.
Modo de falla: La falla por corte del acero puro representa una condición ideal que generalmente ocurre cerca del plano de corte (la superficie de contacto entre el anclaje y el accesorio adjunto). Los cálculos de diseño generalmente se basan en relaciones empíricas entre la resistencia a la tracción del acero y su resistencia al corte para determinar la capacidad de corte última.

2. Acción de fricción y rodamiento (el mecanismo de interacción concreto)

Este constituye el mecanismo fundamental para los anclajes de expansión simples que resisten el corte, particularmente dominante en cargas más bajas o inmediatamente después de la instalación.

Fuerza de fricción: Al aplicar un par prescrito, el anclaje de expansión único genera una presión radial a través de su manguito de expansión, asegurándolo firmemente contra la pared del pozo. Esta fuerza de pretensado crea una fuerza de reacción perpendicular entre el material base (hormigón) y el accesorio adjunto. Cuando se aplica una fuerza de corte externa, esta fuerza de fricción es la primera línea de defensa contra el movimiento lateral (deslizamiento).
- Papel crucial: El torque de instalación y el diseño del manguito de expansión son críticos para la contribución de la fricción. Un par de torsión insuficiente da como resultado una baja fricción, lo que hace que el anclaje sea propenso a desplazarse bajo carga de corte.
Soporte de concreto: una vez que la carga de corte excede la fricción disponible, el anclaje comienza a experimentar un deslizamiento lateral menor hasta que el lado de la varilla del anclaje hace contacto sólido con la pared de concreto del pozo. En este punto, el anclaje transfiere la fuerza cortante a la pared del agujero mediante una acción directa de aplastamiento o apoyo.
- Elaboración del mecanismo: El hormigón directamente delante del anclaje experimenta una intensa presión localizada, resistiendo la fuerza de corte externa a través del soporte del hormigón. La resistencia del hormigón en esta zona de soporte y la estanqueidad del ajuste entre el anclaje y la pared del agujero (es decir, la calidad de la instalación) influyen directamente en la capacidad de corte.

III. Factores críticos que gobiernan el rendimiento de corte

La capacidad de corte final de un único anclaje de expansión no es un número fijo; es un resultado complejo influenciado por una combinación de factores profesionales:

Resistencia del concreto: Una mayor resistencia a la compresión del concreto (por ejemplo, C30, C40) aumenta la capacidad del concreto para resistir el aplastamiento localizado y la presión de apoyo lateral, elevando así la capacidad de corte general.
Diámetro del anclaje y calidad del acero: estas son las propiedades intrínsecas que determinan la resistencia al corte del acero. Los aumentos de estos factores conducen a un aumento sustancial y predecible de la capacidad de carga.
Calidad de la instalación: Los pozos de gran tamaño o el torque de instalación insuficiente reducen drásticamente la contribución de fricción del anclaje y el área efectiva de contacto del soporte, lo que genera una caída significativa en la capacidad de corte.
Efectos del espaciado y la distancia al borde: si los anclajes se instalan demasiado cerca de un borde de concreto (distancia al borde insuficiente) o demasiado cerca entre sí (espaciado insuficiente), la carga de corte puede inducir una división o aplastamiento localizado del borde del concreto. En tales escenarios, el modo de falla cambia de corte de acero a falla del borde del concreto, lo que resulta en una disminución aguda y peligrosa en la capacidad de carga. Los códigos profesionales imponen estrictos requisitos de espacio mínimo y distancia al borde.

IV. Modos profesionales de falla por corte

Bajo carga de corte, el modo de falla del anclaje es un punto focal para el diseño e inspección de ingeniería:

Ruptura del acero: la carga de corte excede la resistencia máxima al corte del acero y la varilla se corta por completo. Esto suele ocurrir en anclajes con grandes distancias al borde y hormigón de alta resistencia.
Falla del borde del concreto (ruptura): La carga de corte hace que el concreto cerca del borde se aplaste y se descascarille, formando una superficie de falla cónica o en forma de cuña. Este es un modo de falla común y crítico en aplicaciones con distancias de borde pequeñas.
Rendimiento o falla del accesorio: si la resistencia del anclaje es significativamente mayor que la del accesorio adjunto (por ejemplo, soporte o perfil de acero), la falla por corte puede ocurrir en el componente conectado en lugar del anclaje en sí.