TEMA:

“UTILIDAD DE LOS PERNOS DE ANCLAJE”

1. INTRODUCCIÓN.

Aproximadamente desde 1950, se ha desarrollado el concepto de masas

rocosas y suelos anclados con elementos pretensados hasta alcanzar un

campo muy amplio de aplicación.

Los anclajes constituyen en los actuales momentos un medio esencial para

garantizar la estabilidad de estructuras muy diversas, lográndose utilizar los

procedimientos y posibilidades que la tecnología actual del soporte mediante

anclajes pone a nuestra disposición para aplicar la técnica moderna del

sostenimiento.

Los anclajes pueden usarse en forma muy ventajosa en cualquier situación en

que se necesite ayuda de la masa de suelo para soportar un determinado

estado de tensiones o esfuerzos.

Casos comunes se producen en los muros de tierra en donde es necesario

garantizar la estabilidad de la masa de suelo, y por ende el de la obra.

Como elemento que contrarresta las sub-presiones producidas por el agua, en

el sostenimiento de techos y hastiales en obras subterráneas de vialidad, de

centrales hidroeléctricas y mineras, e igualmente como soporte artificial en

taludes constituidos por masa de suelos y / o rocas.

En el caso de muros anclados, es muy común observar este tipo de obra a lo

largo y ancho de importantes tramos carreteros, en donde parte de la calzada

ha colapsado al producirse una disminución en la resistencia al corte de la

masa de suelo.

Estos problemas han sido resueltos satisfactoriamente a través de las pantallas

o muros atirantados. En este sentido, cabe destacar que en las construcciones

civiles se viene utilizando cada vez con mayor frecuencia y éxito los anclajes

inyectados para sostener muros y absorber momentos volcadores. Este último

como ocurre en las torres de alta tensión y en las presas para resistir las

fuerzas volcadoras debidas al agua, así como en otras numerosas obras, en la

cual la fuerza de tracción al terreno del anclaje transfiere las solicitaciones

hasta una zona más profunda y estable, y por tanto de mayor capacidad

portante. En estas condiciones, la resistencia tangencial de la masa de suelo o

roca circundante al miembro estructural empotrado actúa para resistir dicha

carga de tracción.

En lo referente a obras subterráneas tales como galerías y túneles de vialidad

el problema fundamental que se plantea es el de asegurar el sostenimiento

mediante anclajes durante y posterior al período de excavación, definiendo y

construyendo un soporte y revestimiento capaz de asegurar la estabilidad

definitiva de la obra. Lo mencionado anteriormente es de vital importancia, por

cuanto la concentración de esfuerzos en la vecindad de la excavación puede

ser la causante que la roca fracturada pueda desplazarse comprometiendo la

estabilidad de la bóveda y de los hastiales del túnel.

Cabe destacar también, que el sistema de muros anclados o sistemas de

contención por medio de anclajes, bien sea activos o pasivos, es cada vez de

mayor utilización. La razón fundamental se debe a que en los centros urbanos

de gran desarrollo es frecuente la construcción de edificios con varios sótanos

donde se requieren cortes de gran altura.

Lo dicho anteriormente indica que la utilización de los anclajes ha sido

considerada como una excelente alternativa técnica y económica en la

construcción de muros de retención, conjuntamente con los procedimientos

modernos que nos ofrece el concreto proyectado bien sea por vía seca o

húmeda. Por supuesto, al realizarse este tipo de obra deben tenerse en cuenta

otros aspectos que sin lugar a dudas son de vital importancia, tales como las

construcciones vecinas y las redes de servicio. En este sentido, no se deben

correr riesgos innecesarios que puedan causar pérdidas materiales y hasta

humanas.

Por otra parte, al diseñar un sistema de anclajes es fundamental no sólo llevar

a cabo todas las comprobaciones de estabilidad, sino a la vez un análisis

detallado del tipo de anclaje que mejor se adapte al terreno, conjuntamente con

una adecuada disposición, la cual permita una mejor ejecución y

funcionamiento del esfuerzo metálico.

De esta forma, se asegura que estos elementos que trabajan a tracción

mejorarán las condiciones de equilibrio de la estructura incorporando al

conjunto las fuerzas de masa por unidad de volumen que las circunda.

Por otra parte, la continua investigación y las necesidades cada vez más

complejas, encaminadas a ofrecer una óptima solución a la gran variedad de

problemas existentes, ha generado que las empresas de ingeniería

especializadas dispongan de una amplia gama de anclajes diseñados para

garantizar la estabilidad aun en suelos y macizos rocosos que presentan

condiciones extremadamente difíciles.

2. PERNOS DE ANCLAJE.

2.1 Definición:

Los anclajes son armaduras metálicas, alojadas en taladros perforados desde

el talud y cementadas. Se emplean como medida estabilizadora de taludes en

roca como en terreno suelto, así mismo son elementos que trabajan a tracción

y que colaboran a la estabilidad del talud de dos formas:

- Proporcionan una fuerza contraria al movimiento de la masa deslizante.

- Producen un incremento de las tensiones normales en la existente o

potencial superficie de rotura, lo que provoca un aumento de la resistencia

al deslizamiento en dicha superficie.

2.2 Partes de un Perno de Anclaje.

En un anclaje se distinguen tres partes fundamentales:

a) Zona de anclaje.- Es la parte solidaria al terreno en profundidad encargada

de transferir los esfuerzos al mismo.

b) Zona libre.- Es la parte en que la armadura se encuentra independizada del

terreno que la rodea, de forma que puede deformarse con total libertad al

ponerse en tensión.

c) Cabeza.- Es la zona de unión de la armadura a la placa de apoyo.

La longitud de los anclajes suele oscilar entre 10 y 100 m y el diámetro de

perforación entre 75 y 125 mm.

2.3 Tipos de Pernos de Anclaje.

Los anclajes se pueden clasificar según diversos conceptos. En función del

tiempo de servicio se pueden distinguir los siguientes tipos:

- Anclajes pasivos: no se presenta la armadura después de su instalación.

El anclaje entra en tracción al empezar a producirse el movimiento del

terreno.

El uso de estos se da en el momento que entran en tracción al oponerse a

la expansión o dilatancia que se produce en las discontinuidades de la roca

cuando comienzan a producirse un deslizamiento a lo largo de las mismas.

El movimiento de masa produce un incremento de volumen (dilatancia) que

está relacionado con la presencia de rugosidades en la misma. Es decir la

efectividad de un anclaje pasivo está relacionada directamente con la

magnitud de la dilatancia, la cual depende del tamaño y la dureza de las

rugosidades. Por consiguiente en taludes en suelos o rocas blandas con

juntas relativamente lisas los anclajes pasivos son menos efectivos.

- Anclajes activos: una vez instalado se pretensa la armadura hasta llegar a

su carga admisible, comprimiendo el terreno comprendido en la zona de

anclaje y la placa de apoyo de la cabeza.

La utilidad de estos anclajes se da desde el momento que ejercen una

acción estabilizadora desde el mismo instante de su puesta en tensión

incrementando la resistencia al corte de la masa de suelo o roca como

consecuencia de las tensiones normales adicionales al esqueleto mineral.

- Anclajes mixtos: la armadura se pretensa con una carga inferior a la

admisible, quedando una parte de su capacidad resistente en reserva para

hacer frente a posibles movimientos aleatorios del terreno.

La carga admisible de una armadura es igual al producto de la sección de

acero por su límite elástico, multiplicado por un coeficiente de seguridad (0,6

para anclajes permanentes y 0,75 para anclajes provisionales).

Los materiales empleados como armadura o miembro de tracción son los

siguientes:

- Alambres de acero de alta resistencia.

- Cordones constituidos por alambres de alta resistencia.

- Barras de acero especial.

Los alambres normalmente utilizados tienen un diámetro entre 5 y 8 mm. El

acero tiene una resistencia a tracción de 160 a 190 kg/mm2 y un límite elástico

convencional de 145 a 170 kg/mm2. La armadura de los anclajes se compone

de una serie de alambres paralelos cuyo número suele oscilar entre 6 y 54.

Alambres con diámetros algo menores (entre 2 y 4mm) sirven para la

fabricación de cordones de alambres trenzados. Los más frecuentes son los

cordones de 7 y 19 alambres. Los cordones se emplean aisladamente o en

grupos de hasta 39 cordones.

Las barras de acero especial tienen normalmente diámetros comprendidos

entre 16 y 4 mm, con resistencia a tracción del orden de 60 a 85 kg/mm2 y

límite elástico convencional entre 50 y 70 kg/mm2.

En todos los casos los aceros empleados han de ser dúctiles, con

alargamientos de rotura superiores al 4 %, las barras de acero empleadas en

los anclajes se denominan bulones o pernos de anclaje. El anclaje mediante

cordones o grupos se denomina anclaje por cables.

2.4 Diferencia entre Bulones y Cables.

Por consideraciones constructivas los bulones no suelen usarse para anclajes

de más de 15 m de longitud por lo que su uso está limitado a anclajes

superficiales. Se emplean generalmente en taludes en roca con objeto de

minimizar los desprendimientos producidos a lo largo de fisuras superficiales.

Estas roturas son frecuentes en taludes recientemente excavados y en climas

fríos, debido al efecto de las heladas.

Los bulones suelen utilizarse como anclajes de baja capacidad, tanto activos

como pasivos. Su capacidad o carga admisible, suele oscilar entre 5 y 50 ton

por bulón.

Los anclajes por cable pueden tener una longitud mucho mayor, en ocasiones

superficiales a los 100 m y una capacidad de carga también superior,

generalmente entre 20 y 200 ton por anclaje.

A diferencia de los bulones, es poco frecuente su empleo como anclajes

pasivos. Los anclajes por cable se emplean para estabilizar grandes masas

deslizantes con superficies de rotura profundas.

2.5 Formas de anclar los Pernos.

Existen dos formas de anclar el perno a la roca: mediante un anclaje puntual o

con un anclaje repartido.

Los pernos de anclaje puntual tienen un dispositivo para empotrar el sistema

de anclaje en el fondo del barreno. Son muy deformables, ya que el acero que

constituye las barras admite alargamientos repartidos de hasta el 10 %; por

este motivo se recomienda su uso en terrenos muy deformables.

A continuación se describen los principales aspectos de los pernos.

Pernos de Cuña.- los pernos de cuña se utilizan muy poco en la actualidad.

En un extremo del perno hay una hendidura en la que se introduce una cuña, y

en el otro extremo un roscado y una tuerca. Para colocar estos pernos,

primeramente se golpea la barra hasta que la hendidura del perno se abre y se

clava en la roca. A continuación, se coloca la placa base y se aprieta la tuerca,

proporcionando así una cierta tensión inicial de anclaje.

Pernos de Expansión.- Este tipo de pernos se anclan debido a la apertura

que se produce en dos valvas metálicas ranuradas al apretar el perno, cuyo

extremo roscado hace descender un topo en cuña. La eficacia de un perno de

anclaje puntual depende de la presión de apriete al colocarlo; se suelen apretar

con una llave de atornillamiento eléctrico, hidráulico o neumático.

Pernos de Anclaje Repartido.- El anclaje de este tipo de pernos a la roca, se

efectúa en toda la longitud del barreno, bien con cemento o resina. En estos

últimos la resina y el endurecedor se colocan en unas cápsulas en el fondo del

barreno; al introducir la varilla metálica y girarla, se perforan estas capsulas y

se mezclan bien sus constituyentes. Las varillas pueden ser de diversos tipos:

lisas, con filete helicoidal a lo largo de toda la varilla o lisa con filete de tornillo

en el extremo que penetra en el barreno y con cabeza fija o tuerca en el otro

extremo.

Pernos de Anclaje Mecánico.- Perno “Split-Set”. Este perno está constituido

por un tubo flexible, construido con chapa de 2,3 mm de espesor, con una

ranura longitudinal. El perno, que es de mayor diámetro que el barreno, al

introducirse en el sondeo se adapta a éste totalmente, disminuyendo su

diámetro, debido al cierre de la ranura longitudinal.

2.6 Usos de los Anclajes

Casos más comunes son los muros de tierra en donde es necesario

garantizar la estabilidad de la masa de suelo, y por ende en la obra. En

este sentido, cabe destacar que en las construcciones civiles o mineras

se viene utilizando cada vez con mayor frecuencia y éxito los anclajes

inyectados para sostener muros y absorber momentos volcadores.

Como elemento que contrarresta las sub-presiones producidas por el

agua, en el sostenimiento de techos u hastiales de obras en obras

subterráneas de vialidad, de centrales hidroeléctricas y mineras, e

igualmente en taludes construidos con masas de suelo y rocas. Las

obras subterráneas tales como galerías y túneles de vialidad el

problema fundamental que se plantea es de asegurar el sostenimiento

mediante anclajes durante y posterior al periodo de excavación,

definiendo y construyendo un soporte y revestimiento capaz de asegurar

la estabilidad definitiva de la obra.

Uno de los grandes problemas que afronta la industria de la

construcción, en las grandes excavaciones necesarias para edificios

altos, es la implementación tradicional de grandes muros de contención,

cuyo costo puede volverse prohibitivo, y cuyas dimensiones pueden

afectar a la arquitectura de los proyectos.

3. INTERPRETACIÓN.

En toda actividad sea está de construcción civil o minera, el sostenimiento de

las labores es un trabajo adicional de alto costo que muchas de las veces

reduce la velocidad de avance y / o producción pero que a la vez es un

proceso esencial para proteger de accidentes tanto al personal como a los

equipos que intervienen en estas construcciones.

Desde este punto de vista conocemos varios métodos de refuerzo de la roca,

pero de todos el de pernos de anclaje es el más efectivo, rápido de instalar y

de bajo costo. En este sistema se conocen diversos tipos de pernos que han

sido desarrollados a lo largo de muchos años tanto por las investigaciones de

ciertos grupos como por las industrias fabricantes para su aplicación en la

estabilización de excavaciones subterráneas y superficiales.

Es por esto que en la actualidad se está implementando el uso de los pernos

de anclaje como una de las medidas de mitigación para estabilizar las rocas y

suelos que con el empleo de otras obras complementarias dan mayor

seguridad a la inestabilidad que existe en algunos terrenos, puesto que estos

resisten en muchos casos mayor peso y sobrecarga que por ejemplo un muro

de contención.

4. CONCLUSIONES.

Los pernos necesarios para soportar los taludes finales de una

excavación a corte abierto se deberán instalar tan pronto como sea

posible, después de remover cada etapa de excavación y antes de

hacer las voladuras correspondientes a la etapa de excavación

siguiente.

Las longitudes básicas de anclaje (lb) dependen, entre otros factores, de

las propiedades de adherencia de las barras y de la posición que

ocupan en la pieza de hormigón.

Los anclajes transmite al soporte las solicitaciones a que son sometidos,

trabajando fundamentalmente a tracción, a esfuerzo cortante o una

combinación de ambos.

Fundamental con el anclaje del terreno se consigue un sostenimiento

efectivo mediante la instalación de barras de acero y su posterior

inyectado, todo en un reducido espacio de talud o excavación.

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