En el mundo del diseño de ingeniería, no es difícil perderse entre un confuso paisaje de normas, códigos y referencias. Durante décadas, la comunidad de diseño se ha enfrentado a múltiples opciones que, al combinarse, cubren de forma incompleta el elemento de acero en su totalidad dentro de un anclaje adhesivo postinstalado. El objetivo de este artículo es explicar las diferencias entre las normas que especifican las propiedades de los materiales de los elementos de acero utilizados con anclajes adhesivos postinstalados y analizar las ventajas de diseñar, especificar y utilizar varillas que cumplan con la norma F1554 de la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM, por sus siglas en inglés).

·        ASTM A36 es una norma de acero que cubre perfiles, placas y barras de acero al carbono estructural, que requiere una resistencia mínima a la fluencia (yield strength) de 36 ksi. Los elementos de fijación no se incluyen específicamente en el alcance de la norma A36 y la especificación no proporciona información sobre tuerca o arandela compatibles, tipo de rosca o recubrimientos aceptables.
·        La norma ASTM A307 Grado A cubre los pernos y espárragos de acero al carbono con especificaciones básicas de propiedades mecánicas, exigiendo una resistencia última especificada mínima de 60 ksi.
·        ASTM A193 Grado B7 cubre pernos y espárragos roscados fabricados con acero cromo-molibdeno, templados y revenidos para desarrollar ciertas propiedades mecánicas. Esta norma exige mínimos tanto para la resistencia última (125 ksi) como para la fluencia (105 ksi).

Estas normas de diseño, aunque válidas para sus aplicaciones previstas, podrían carecer de rangos aceptables de resistencia del acero para aplicaciones de anclajes adhesivos postinstalados. Como resultado, esto podría permitir una variabilidad significativa en la resistencia real del acero en comparación con los valores utilizados para diseño. En aplicaciones que requieren falla dúctil, esta variabilidad puede provocar que el comportamiento real del acero instalado no represente la intención del diseño del ingeniero, haciendo más probable una falla frágil e impredecible.

A pesar de que existen múltiples normas aplicables a los anclajes postinstalados, los especificadores necesitan claridad en las propiedades del material desde la etapa de diseño, así como confiabilidad en los productos fabricados e instalados en obra. Aunque la norma ASTM F1554 fue introducida en 1994, las varillas de acero conformes a esta norma no siempre han estado ampliamente disponibles. ASTM F1554 especifica rangos aceptables de propiedades mecánicas para varillas de anclaje de grado 36, 55 y 105, así como de las tuercas y arandelas compatibles, proporcionando la claridad y fiabilidad tan necesarias en el diseño de elementos de fijación.

Con las normas ASTM F1554, los anclajes adhesivos postinstalados son menos vulnerables a propiedades de material inconsistentes y a fallas impredecibles, especialmente en diseños sísmicos. En el método de diseño por factores de carga y resistencia (LRFD), el ingeniero evalúa las capacidades de tres posibles modos de falla: desprendimiento del concreto, falla por esfuerzo de adherencia entre el acero y el concreto, y fractura/falla por fluencia del acero. Se calcula la capacidad de cada modo y se determina la capacidad total del anclaje por el modo de falla que domine, es decir, el menor de los tres. A diferencia de las fallas por adherencia o concreto, el acero ofrece un modo de falla dúctil, en el cual se observan deformaciones plásticas visibles antes de fallar. Cuando una norma solo proporciona un valor mínimo de resistencia del acero, los procesos de manufactura pueden resultar en una resistencia real mucho mayor. Si el ingeniero diseña asumiendo la resistencia mínima del acero, pero el acero instalado es mucho más fuerte que el concreto o el adhesivo, el modo de falla real puede ser impredecible.

Con la adopción de ASTM F1554, la resistencia del acero para diseño y la resistencia real se mantienen dentro de un rango especificado, y la falla puede ser controlada por el elemento de acero, no por el concreto o la capacidad de adherencia. Esto aumenta la probabilidad de que la conexión sea predecible y dúctil, dos características que los ingenieros suelen desear en un punto de anclaje. Es importante tener en cuenta que, con las características de ductilidad de la norma ASTM F1554, es más probable que rijan las resistencias del concreto o de la adherencia en concreto agrietado, grupos de anclajes, profundidades de empotramiento poco profundas o temperaturas de servicio elevadas.

Aunque puede resultar relativamente sencillo diseñar y seleccionar los productos con los que se diseña en la oficina, la selección e identificación adecuadas del producto en la obra suelen ser poco claras. Actualmente, la especificación genérica de una varilla de anclaje por parte de un ingeniero suele ser vulnerable a toda una serie de interpretaciones en la obra. Un instalador puede malinterpretar las especificaciones u optar por materiales “comerciales” o «de grado industrial», a menudo sin información detallada sobre las propiedades mecánicas y químicas o la calidad del acero. Una vez entregadas en obra, las varillas comúnmente no tienen marcas que indiquen tipo, longitud o número de lote, dificultando la inspección. Además, estas varillas comerciales usualmente no incluyen tuercas y arandelas, lo cual puede llevar a combinaciones incompatibles en cuanto a resistencia, geometría o material, generando problemas como el barrido de roscas o corrosión. Por último, cuando los instaladores optan por comprar varillas roscadas a granel y utilizan mano de obra en un taller o in situ para cortar las varillas a la longitud especificada, el producto final puede tener un acabado deficiente. Los procesos de corte o esmerilado mediante los cuales se cortan las varillas dejan rebabas de acero y aceites residuales en la superficie del elemento de acero y pueden eliminar los revestimientos de protección contra la corrosión. Estos factores pueden afectar al rendimiento de la fijación una vez instalada en el adhesivo inyectado.
 

Al especificar de acuerdo con la norma ASTM F1554, estas variables se han eliminado para ayudar a garantizar que el sistema de anclaje que se ha diseñado cumple con el rendimiento requerido. Esta norma:

1.    Especifica las propiedades mecánicas que cumplen los requisitos de ductilidad del ACI 318 y los rangos aceptables de resistencia del acero. Esto permite fallas predecibles del acero para anclajes adhesivos postinstalados, especialmente en aplicaciones sísmicas o de falla dúctil.
2.    Aplica al conjunto completo del elemento de acero del anclaje adhesivo postinstalado, incluyendo la varilla, tuerca y arandela, para reducir incompatibilidades dimensionales y de materiales.
3.    Facilita la verificación de que se haya adquirido e instalado el material correcto, al requerir marcas específicas en la cabeza de las varillas de anclaje precortadas.

Hilti presenta su nueva gama de varillas roscadas de acero al carbono, totalmente conformes con la norma ASTM F1554. Estas nuevas varillas se fabrican para funcionar dentro de los rangos prescritos de resistencia aceptable del acero e incorporan una nomenclatura e identificación reestructuradas para simplificar y aclarar todo el ciclo de vida del anclaje, desde la selección hasta la inspección. Al ordenar desde este portafolio, las varillas se entregan en obra junto con las tuercas y arandelas apropiadas para un sistema de acero totalmente conforme. Además del cumplimiento con ASTM F1554, el portafolio de varillas Hilti incluye varillas con extremos biselados (chamfered) y cortes sin aceite que cumplen con las dimensiones estándar y protegen la integridad de la instalación. El portafolio también incluye diversos recubrimientos y propiedades de material para resistencia efectiva a la corrosión, así como un programa de corte a medida para conexiones personalizadas que exijan confiabilidad.
Diseñadores, especificadores y contratistas continúan confiando en Hilti para entregar consistentemente algunos de los sistemas de anclaje líderes de la industria. El Centro de Diseño de Anclajes de Hilti es una fuente completa para la selección, diseño y especificación de soluciones de fijación.

Para ayudarte en el diseño con distintos elementos de acero para usar con adhesivos postinstalados, Hilti ofrece su software líder en la industria: PROFIS Engineering. Este es un software integral para el diseño de anclajes en concreto, mampostería y losas de concreto sobre lámina metálica, e incluye un potente motor de cargas y diversas opciones de análisis de placas base. PROFIS Engineering incorpora las disposiciones de anclaje a concreto del Código ACI 318 y del Código ACI 349 para instalaciones nucleares, así como del Anexo D de la norma canadiense CSA A23.3.

Dentro del software PROFIS Engineering se incluyen diversas funciones exclusivas de Hilti que mejoran significativamente la experiencia del usuario. Los usuarios pueden diseñar con sistemas de anclaje mecánico y adhesivo de Hilti, así como con pernos embebidos con cabeza. Los tutoriales explican cómo navegar dentro del software y la Guía de Diseño PROFIS Engineering es una herramienta interactiva que explica los cálculos de diseño por resistencia según el Capítulo 17 del ACI 318 y los supuestos del software.
 
Este capítulo, además de ser obligatorio en los Estados Unidos, también es exigido por las Normas Técnicas Complementarias (NTC) de Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto del Reglamento de Construcciones para la Ciudad de México, por lo que PROFIS Engineering representa una herramienta clave para el cumplimiento normativo tanto a nivel nacional como internacional.