Un anclaje químico en mampostería se evalúa con cinco extracciones en su ladrillo, menos 3,4 desviaciones típicas

El documento es el EAD 330076-01-0604, mayo de 2021, Metal injection anchors for use in masonry, publicado por la Organización Europea para la Evaluación Técnica y descargable completo sin coste. Este sitio nunca había tratado los anclajes, y hay una razón para empezar aquí y no por una norma de cálculo: un documento de evaluación explica cómo se obtuvo un número, que es algo distinto, y más duradero, que cómo usarlo.

Una línea al principio fija todo el marco: «El producto no está cubierto por una norma europea armonizada.» (traducción) No hay ninguna EN que cubra los anclajes de inyección en mampostería. Cada producto se evalúa por separado y recibe su propia evaluación técnica. Por tanto, no existe una tabla genérica de resistencias de anclajes químicos que consultar, y eso es así por diseño.

Qué es el anclaje, en palabras del documento

Los anclajes metálicos de inyección posinstalados se colocan en agujeros taladrados previamente en la mampostería y se anclan por adherencia y trabazón mecánica. El elemento insertado puede ser una varilla roscada, una barra corrugada, un casquillo con rosca interior u otra forma, y el material de unión puede ser mortero cementoso, mortero sintético o una mezcla, con cargas o aditivos.

Los límites son números, no adjetivos.

Si se leen juntas la tercera y la cuarta fila, aparece una regla fácil de pasar por alto: la resina nunca debe llegar a la cara opuesta. Treinta milímetros de ladrillo tienen que quedar detrás del extremo del anclaje, se aborde la restricción por el lado que se aborde.

Dónde termina lo macizo y empieza lo hueco

La pregunta del foro empezaba con una suposición: que el ladrillo probablemente era hueco. El documento traza esa línea con dos cifras y no a ojo.

Así que un ladrillo puede tener una sexta parte de huecos en su sección y aun así ensayarse como macizo. Por encima de eso pertenece a otro grupo de material base, y el anclaje tiene que haberse ensayado allí por separado. Los tres grupos son b para mampostería maciza, c para hueca o perforada y d para hormigón celular curado en autoclave. Un anclaje evaluado para uno no está evaluado para otro.

Los ensayos se hacen en su ladrillo, en el peor punto

Esta es la parte que responde a la pregunta que hay detrás de la pregunta. El anexo A abre el programa de ensayos con una frase que no deja margen:

Y luego, en la cláusula de la probeta, la instrucción que lo decide todo: «Los ensayos se realizarán en la posición de colocación más desfavorable del ladrillo, la que dé la menor resistencia del anclaje de inyección.» (traducción)

Para las piezas huecas, esa instrucción es toda la cláusula. La sección A.2.3, probeta para ladrillos huecos o perforados y bloques huecos, tiene una sola frase: la posición del anclaje respecto a la perforación se elegirá de forma que se espere la menor resistencia del anclaje. Ni geometría ni reglas sobre tabiques y paredes; solo: colóquelo donde peor vaya a funcionar y tire.

Por eso la evaluación tiene que nombrar el ladrillo. La lista de lo que debe indicar la evaluación técnica incluye las piezas de mampostería específicas, incluido su tamaño y la geometría de huecos, tabiques y paredes, junto con la densidad aparente seca media, la resistencia a compresión, el ancho de junta, la clase de mortero, si hay enlucido y la posición de colocación, cara del muro o jamba, y la distancia a las juntas. Una resistencia en kilonewtons que no esté vinculada a esa lista no es una resistencia.

Cinco ensayos, y lo que cuestan cinco ensayos

Las series de ensayos básicos A1 a A7 piden cada una cinco ensayos, en el tamaño de anclaje más pequeño, uno intermedio y el más grande. Después se deriva el valor característico, y el documento es explícito sobre la estadística.

Esos dos números son el precio de una muestra pequeña, y vale la pena convertirlos en una proporción. El cálculo siguiente es nuestro. El valor característico dividido entre la media geométrica de los ensayos es e elevado a menos k_s por s, donde s es la desviación típica de los logaritmos. Para una dispersión de este tamaño, s está próxima al coeficiente de variación, aunque no es igual.

Duplicar el número de ensayos recupera entre seis y diez puntos de la media, y cuanto más irregular es el material, más recupera. Es una descripción razonable de por qué alguien se molesta en ensayar más de cinco veces.

Después, la dispersión se penaliza una segunda vez. Si el coeficiente de variación en un ensayo básico supera el 20 %, se aplica un factor adicional de 1/(1 + 0,03(v% − 20)), y para un ensayo de funcionamiento el umbral es el 30 %. De nuevo, cálculo nuestro: una serie de ensayos básicos con un 30 % de dispersión recibe un factor de 1/1,3, es decir, 0,769. Multiplicado por el 0,36 de la tabla, el valor característico cae a alrededor del 28 % de la carga media de extracción. Un material irregular no solo obtiene un número más bajo: lo obtiene dos veces.

Las condiciones que lo acompañan

Una evaluación no es un número, sino un número más el marco en el que se demostró. Algunas de esas condiciones conviene conocerlas porque es fácil incumplirlas sin darse cuenta.

• Húmedo o seco, dos veces. Las condiciones se dividen en d/d, instalado en seco y usado en seco; w/d, instalado en seco o húmedo y usado en seco; y w/w, instalado en seco o húmedo y usado en seco o húmedo. El agujero y la vida útil son cuestiones distintas
• Dos intervalos de temperatura de servicio. El intervalo Ta va de menos 40 a más 40 grados, con un máximo de larga duración de más 24; el intervalo Tb va de menos 40 a más 80, con un máximo de larga duración de más 50. Larga duración significa aproximadamente constante durante periodos significativos
• La congelación tiene sus propias definiciones. Una variación estándar es un cambio desde bajo cero hasta más 24 o más que dura más de doce horas; una variación rápida es el mismo cambio en menos de doce horas, y se evalúan por separado
• El tiempo de curado es una magnitud ensayada. El tiempo mínimo de curado a temperatura ambiente normal tiene que dar al menos 0,9 de los ensayos de referencia hechos con un tiempo de curado largo, y el documento define largo como 24 horas para resinas y 14 días para morteros cementosos

Hay también una regla de conversión útil por sí misma. Para trasladar un resultado de ensayo desde la resistencia de pieza ensayada a otra resistencia de pieza, la carga escala como el cociente de resistencias elevado a 0,5 para piezas cerámicas, de hormigón y silicocalcáreas macizas, y a 0,75 para silicocalcáreas perforadas. Así que, en la mayoría de las mamposterías, duplicar la resistencia del ladrillo da alrededor de un cuarenta por ciento más de anclaje, no el doble.

Un detalle sobre el hormigón celular

El hormigón celular curado en autoclave tiene su propia cláusula de probeta, y dentro hay un requisito que dice algo real sobre el material. El cubo de muestra usado para determinar la resistencia a compresión se tomará a la misma altura que la posición del anclaje respecto a la dirección de crecimiento de la probeta, porque la resistencia varía según la altura en la dirección de crecimiento.

El bloque no es uniforme. Creció, y es más débil o más resistente según a qué altura estaba cuando fraguó. Por eso la probeta de control tiene que venir de la misma altura que el agujero. Es el tipo de requisito que solo se escribe después de que a alguien le haya pillado por sorpresa.

Lo que esta página no le dirá

Si un muro concreto aguantará una cosa concreta. Esa es una cuestión estructural sobre un muro que nadie aquí ha visto, y el documento es un método de evaluación, no una norma de cálculo. También descargamos el informe técnico que trata el método de cálculo y no lo leímos, así que aquí no hay nada sobre coeficientes parciales ni resistencias de cálculo. No se nombra ningún producto de anclaje ni de resina. No se cita nada de las normas de mampostería, sísmicas o de hormigón celular a las que remite el EAD, porque tampoco las hemos leído.

Lo que el documento sí respalda es una forma de leer una evaluación. También da fundamento a la intuición del foro. La última respuesta terminaba con una lista: la resistencia depende del tipo de mampostería, la preparación del agujero, el sistema de resina, el tiempo de curado y la carga. Esa lista es correcta, y el EAD es la misma lista con números, umbrales y un ensayo para cada punto.

Cómo usarlo

• Pregunte por el grupo de material base. Macizo, hueco o perforado, y hormigón celular se evalúan por separado, y un anclaje evaluado en uno no lo está en los demás
• Pregunte por las piezas. La evaluación tiene que indicar las piezas de mampostería específicas, incluida la geometría de huecos, tabiques y paredes, la densidad y la resistencia a compresión. Esas son las condiciones a las que pertenece el número
• Pregunte por la posición de colocación. Es un parámetro declarado, cara del muro o jamba y distancia a las juntas, y los ensayos se hicieron en la peor
• Espere un número muy por debajo de la media. Cinco ensayos llevan un factor estadístico de 3,40, y una dispersión superior al 20 % en un ensayo básico se penaliza otra vez
• Compruebe el marco, no solo los kilonewtons. Instalación y servicio en húmedo o en seco, intervalo de temperatura de servicio, tiempo mínimo de curado y temperatura de instalación tienen detrás series de ensayos propias

La pregunta del tamiz tiene una respuesta satisfactoria: el tamiz es un componente estructural y el documento lo dice. Pero la respuesta que conviene llevarse es la del origen del número. No es una propiedad de la resina. Es el resultado de que alguien taladró el mismo ladrillo que usted tiene, en el peor punto que pudo encontrar, y tiró hasta que cedió, cinco veces.

Un agujero que ya se ha desgarrado es otro objeto distinto, y las relaciones publicadas no tienen ninguna variable para él.

Este artículo trata el paso 1: sustrato. El orden completo es sustrato, rosca, cabeza, accionamiento, acabado y documentación. El artículo inglés Specifying a screw explica por qué alterarlo genera retrabajo.

Preguntas frecuentes

¿Cómo se sujeta un anclaje químico en ladrillo hueco?

Mediante dos mecanismos a la vez. El EAD 330076-01-0604 describe los anclajes metálicos de inyección posinstalados como colocados en agujeros taladrados previamente y anclados por adherencia y trabazón mecánica, con el mortero uniendo el elemento metálico a las paredes del agujero. Los tamices de metal o plástico están cubiertos por el mismo documento como parte del sistema de anclaje, no como embalaje.

¿Existe una tabla general de resistencias de anclajes químicos?

No, y el documento de evaluación dice por qué. Indica que el producto no está cubierto por una norma europea armonizada, así que cada producto se evalúa por separado y recibe su propia evaluación técnica. La resistencia pertenece a un producto concreto en una pieza de mampostería concreta, no a los anclajes químicos como clase.

¿Cuándo cuenta un ladrillo como macizo y no como hueco?

El documento permite que una pieza maciza tenga perforaciones verticales o agujeros de agarre de hasta el 15 por ciento de la sección, o rebajes de hasta el 20 por ciento del volumen del ladrillo, e indica que los ensayos en material macizo cubren las piezas dentro de esos límites. Fuera de ellos, la pieza pertenece al grupo hueco o perforado y necesita sus propios ensayos.

¿En qué punto del ladrillo se ensaya el anclaje?

En el peor. El documento exige que los ensayos se realicen en la posición de colocación más desfavorable del ladrillo, la que dé la menor resistencia del anclaje de inyección. Para piezas huecas o perforadas, esa instrucción es toda la cláusula de la probeta: la posición respecto a la perforación se elegirá de forma que se espere la menor resistencia del anclaje.

¿Cuántos ensayos hay detrás de la resistencia característica?

Cinco por tamaño de anclaje en cada serie de ensayos básicos, en el tamaño más pequeño, uno intermedio y el más grande. El valor característico es el fractil del 5 por ciento calculado con un nivel de confianza del 90 por ciento, suponiendo una distribución lognormal y una desviación típica desconocida de la población, con un factor estadístico de 3,40 para cinco ensayos y 2,57 para diez.

¿Cuánta resistencia cuesta una muestra pequeña?

Según nuestro propio cálculo con la fórmula normalizada, el valor característico dividido entre la media geométrica es e elevado a menos el factor estadístico por la desviación típica de los logaritmos. Con cinco ensayos y una dispersión de 0,15 es aproximadamente 0,60 de la media, y con diez ensayos aproximadamente 0,68. Con una dispersión de 0,30 es aproximadamente 0,36 y 0,46, respectivamente.

¿Una dispersión amplia se penaliza dos veces?

Sí. Además del cálculo del fractil, si el coeficiente de variación de la carga última supera el 20 por ciento en un ensayo básico, se aplica un factor adicional de uno entre uno más 0,03 por el exceso, y para un ensayo de funcionamiento el umbral es el 30 por ciento. Cálculo nuestro: un ensayo básico con un 30 por ciento de dispersión recibe un factor de 0,769 además de una proporción de fractil en torno a 0,36, lo que deja aproximadamente el 28 por ciento de la media.

¿Cómo escala la resistencia del anclaje con la resistencia del ladrillo?

No de forma proporcional. La conversión del documento de evaluación eleva el cociente de resistencias a compresión de las piezas a 0,5 para piezas cerámicas, de hormigón y silicocalcáreas macizas, y a 0,75 para silicocalcáreas perforadas. Por tanto, duplicar la resistencia de la pieza da alrededor de un cuarenta por ciento más de carga en la mayoría de las mamposterías.

¿Por qué el cubo de ensayo de hormigón celular tiene que salir de una altura concreta?

Porque el material no es uniforme en la dirección en que creció. El documento exige que la muestra para determinar las características del material se tome a la misma altura que la posición del anclaje respecto a la dirección de crecimiento, e indica que la resistencia varía según la altura en la dirección de crecimiento.

Referencias

• EAD 330076-01-0604, mayo de 2021, Metal injection anchors for use in masonry, publicado por la EOTA. Cláusulas 1.1, 1.2.1, 2.2.2, anexo A.1, A.2, anexo B.1 a B.5
• r/AskEngineers, la pregunta de la que partió esto, seis respuestas sobre de dónde sale la resistencia
• Cuánto aguanta un anclaje de expansión en hormigón — los valores ETA de un anclaje mecánico en hormigón

El documento de evaluación se leyó como un PDF completo y gratuito de 79 páginas publicado por la Organización Europea para la Evaluación Técnica, no como vista previa. Es el EAD 330076-01-0604 de mayo de 2021 y sustituye al EAD 330076-00-0604 de 2014. Lo siguiente es cálculo nuestro, no una afirmación del documento: la tabla de proporciones entre valor característico y media geométrica, la observación de que duplicar la muestra recupera entre seis y diez puntos, y la cifra de aproximadamente el 28 por ciento de la media para una serie de ensayos básicos con un 30 por ciento de dispersión. La desviación típica de los logaritmos está próxima al coeficiente de variación con este nivel de dispersión, pero no es igual, y la tabla anterior ilustra la fórmula en lugar de dar valores de ningún producto. Descargamos el informe técnico de la EOTA sobre el método de cálculo de anclajes con anclajes metálicos de inyección y no lo leímos, así que nada de lo que aquí se dice trata de resistencias de cálculo, coeficientes parciales o dimensionamiento de un anclaje. No se cita nada de la EN 1996, la EN 1998, la EN 12602 ni las series EN 771, 772 y 998, más allá de que el EAD las nombra. No se nombra ningún producto de anclaje, resina o mampostería, y esta página no evalúa si un muro concreto soportará una carga concreta. Una respuesta del hilo del foro citaba valores de extracción de un producto de marca sin fuente; no se usan aquí. El hilo se cita solo como origen de la pregunta.