Si alguna vez ha seguido las discusiones sobre ingeniería estructural, probablemente haya escuchado la misma pregunta repetida al menos cien veces: "¿Se pueden usar pernos de anclaje en un área sísmica?" Como alguien que ha pasado la última década trabajando con pernos de anclaje (primero como ingeniero y ahora como proveedor), esta pregunta no es sólo hipotética. Es lo primero que le pregunto a cada ingeniero, contratista o propietario de un edificio que se comunica conmigo sobre su próximo proyecto, especialmente aquellos ubicados en zonas de alta actividad sísmica como el noroeste del Pacífico, California o partes del Medio Oeste. La respuesta corta es sí, pero sólo si elige el tipo correcto, lo instala correctamente y lo diseña para cumplir con estrictos estándares sísmicos. Analicemos esto, porque hay mucho más que simplemente clavar un perno en el concreto y dar por terminado.
Comencé en esta industria porque vi cómo un solo sujetador incorrecto podía poner en riesgo todo un edificio. Al principio de mi carrera, trabajé en una pequeña modernización comercial en Oregón que tuvo que rehacerse porque el contratista utilizó pernos de grado estándar en lugar de pernos con clasificación sísmica. Cuando se produjo el terremoto de Napa en 2014 (un evento de magnitud 6,0), los pernos no sísmicos se salieron del hormigón, dejando que la estructura de acero del edificio se moviera unos centímetros. Nadie resultó herido, pero el daño podría haber sido catastrófico. Esa experiencia me enseñó que los pernos de anclaje en áreas sísmicas no son sólo una “buena idea”, sino que son un componente no negociable del sistema de resistencia a cargas laterales de un edificio.
Primero, hablemos de por qué las zonas sísmicas son tan diferentes. Los terremotos crean dos tipos de fuerzas que ponen a prueba los pernos de anclaje: corte (fuerza de lado a lado) y tensión (fuerza de tracción, ya sea hacia arriba o hacia abajo). Un perno que funciona para un edificio de poca altura en una zona no sísmica podría fallar al ser golpeado por fuerzas de corte intensas y repetidas debido a los temblores del suelo. La clave es elegir un perno de anclaje que esté diseñado para resistir estas cargas dinámicas y cíclicas, cargas que no actúan sólo una vez, sino una y otra vez a medida que la tierra se mueve.
A lo largo de los años, he visto mucha información errónea sobre qué tipos de pernos funcionan para aplicaciones sísmicas. Por ejemplo, algunas personas confían en los J Bolts, pero no en cualquier J Bolt, solo en aquellos probados para determinar su rendimiento sísmico. Aclaremos: los pernos J son uno de los pernos de anclaje más comunes y se utilizan para todo, desde asegurar placas de alféizar hasta cimientos de concreto y anclaje de maquinaria. Pero los pernos en J estándar (los genéricos sin recubrimiento que puedes comprar en una gran tienda) no están diseñados para zonas sísmicas. Es por eso que cuando hablamos de pernos en J con clasificación sísmica, nos referimos a pernos que han sido probados para cumplir con estándares como ACI 318 (Requisitos del código de construcción para concreto estructural) y los criterios ICC-ES (Servicio de evaluación del Consejo de códigos internacionales). Si necesita una opción confiable de J Bolt para aplicaciones sísmicas, eche un vistazo a nuestra página de J Bolt, donde todos nuestros modelos son probados por terceros para cargas sísmicas laterales y cíclicas:Perno J..
Otro tipo que aparece con frecuencia es el L Bolt. Al igual que los pernos J, los pernos L tienen forma para engancharse en el concreto, pero su curvatura recta de 90 grados los hace diferentes. Los pernos en L se utilizan a menudo en aplicaciones donde el espacio libre es limitado, como cuando se anclan a losas de concreto gruesas. Nuevamente, no todos los pernos L tienen clasificación sísmica. Los pernos en L específicos para sísmos que fabricamos cuentan con un vástago más grueso, una curvatura forjada (no una soldadura doblada, que puede romperse bajo una carga cíclica) y están recubiertos para resistir la corrosión, algo fundamental para el rendimiento sísmico, porque la corrosión debilita la resistencia de los pernos. Para proyectos en los que los pernos en L tienen más sentido que otras formas, vale la pena echarle un vistazo a nuestra línea de pernos en L sísmicos:Tienda L.
Ahora bien, ¿qué pasa con los pernos de anclaje para cargas más pesadas, como columnas de acero o equipos grandes en zonas sísmicas? Ahí es donde entran los pernos de anclaje de placa. Los pernos de anclaje de placa tienen una placa ancha y plana en un extremo que se asienta al ras contra el concreto, distribuyendo la carga sobre un área más grande en lugar de concentrarla en un solo punto. Esto cambia las reglas del juego para las aplicaciones sísmicas, porque cuando el suelo tiembla, la carga sobre el anclaje no es solo corte o tensión, sino que a menudo es una combinación de ambas (llamada carga combinada). La placa ancha evita que el perno atraviese el concreto bajo esa carga combinada. Probamos nuestros pernos de anclaje de placa para resistir cargas de corte de hasta 50 kips y cargas de tensión de hasta 30 kips, lo que los hace ideales para proyectos sísmicos de alta demanda. Si está trabajando en un almacén, hospital u otra estructura comercial grande en una zona sísmica, los pernos de anclaje de placa suelen ser la opción correcta:Perno de anclaje de placa.
Algunos clientes también me preguntaron sobre los pernos de anclaje con mango de paraguas para uso sísmico. Estos pernos reciben su nombre por su anclaje expandido en forma de paraguas en el extremo, que se extiende dentro del concreto una vez instalado. Esto los hace perfectos para aplicaciones en las que no se puede acceder al fondo del concreto (como cuando se ancla a una base existente). Pero incluso los pernos de anclaje del mango de paraguas deben estar clasificados para uso sísmico. Nuestros pernos de anclaje con mango de paraguas sísmicos están diseñados para expandirse uniformemente en el concreto, creando un enclavamiento mecánico que resiste la extracción incluso durante fuertes sacudidas del suelo. A menudo se utilizan para proyectos de modernización en los que no es posible perforar la parte inferior de los cimientos, por lo que son una opción para muchos ingenieros sísmicos que trabajan en edificios más antiguos:Perno de anclaje del mango del paraguas.
Los pernos de anclaje con garra son otra opción que recomendaría para aplicaciones sísmicas, especialmente para estructuras temporales o proyectos donde la instalación rápida es clave. El diseño de garra al final del perno se clava en el concreto, creando una sujeción segura sin necesidad de expandir el perno. Nuestros pernos de anclaje de garra con clasificación sísmica han sido probados para resistir cargas de corte y tensión en pruebas sísmicas cíclicas, y se instalan rápidamente con un taladro percutor estándar, sin necesidad de herramientas especiales. Eso los convierte en los favoritos para los sitios de construcción donde es necesario anclar cercas, andamios o encofrados temporales en una zona sísmica. Para obtener más detalles, consulte nuestra página de pernos de anclaje con garra:Perno de anclaje de garra.
Pero aquí está la cuestión: incluso el mejor perno de anclaje del mundo no funcionará si se instala incorrectamente. He visto a contratistas tomar atajos en la instalación (perforar a la profundidad incorrecta, no limpiar el orificio de concreto, omitir la especificación de torque) todo porque piensan que "un perno es un perno". En zonas sísmicas, la instalación es tan crítica como elegir el tipo de perno correcto. Permítanme darles un ejemplo: hace unos años trabajé en la modernización de una escuela en California, donde el contratista utilizó los pernos de anclaje de placa correctos, pero perforaron los agujeros a 1 pulgada de profundidad. Cuando el ingeniero estructural hizo una prueba de carga, el perno se salió al 70% de su capacidad nominal. Eso habría sido un desastre en un terremoto.
Otro error común es no tener en cuenta la corrosión. Las zonas sísmicas suelen ser costeras o tienen alta humedad, e incluso pequeñas cantidades de óxido en un perno pueden reducir su resistencia hasta en un 30%. Es por eso que todos nuestros pernos de anclaje con clasificación sísmica vienen con un recubrimiento epoxi o galvanizado en caliente, que cumple con los estándares ASTM A153 para resistencia a la corrosión. Es un pequeño costo adicional que marca una gran diferencia en la seguridad a largo plazo.
Quizás también se pregunte acerca de la diferencia entre los pernos de anclaje fundidos y los pernos de anclaje postinstalados, ya que ese es un gran debate en la comunidad sísmica. Los pernos fundidos se instalan cuando se vierte el concreto por primera vez, por lo que el perno se incrusta directamente en los cimientos. Los pernos postinstalados se perforan en el concreto existente después de que el concreto fragüe. Ambos pueden utilizarse en zonas sísmicas, pero deben cumplir normas diferentes. Los pernos fundidos a menudo se prefieren para construcciones nuevas porque tienen una trayectoria de carga más confiable, pero los pernos postinstalados (como nuestros pernos de anclaje con mango de paraguas, que se prueban para uso postinstalado) son esenciales para las modernizaciones. Para aplicaciones sísmicas postinstaladas, debe asegurarse de que el perno esté listado para uso postinstalado según ACI 318 Capítulo 17, que incluye pruebas de resistencia a la extracción, al corte y a la carga cíclica.
Hablemos de datos de pruebas sísmicas del mundo real para respaldar esto. El año pasado, enviamos nuestra línea J Bolt a un laboratorio externo independiente para pruebas de carga sísmica cíclica. La prueba simuló las fuerzas de un terremoto de magnitud 7,0, que es aproximadamente del tamaño del terremoto de Northridge de 1994. Nuestros pernos en J resistieron 50 ciclos de carga de corte lateral al 80 % de su capacidad nominal, sin signos de agrietamiento o desprendimiento. Ese es exactamente el tipo de rendimiento que necesita en una zona sísmica. Si el perno hubiera sido un J Bolt genérico sin clasificación, habría fallado después de unos pocos ciclos.
También quiero mencionar la combinación de carga, porque aquí es donde muchos ingenieros se equivocan. En el diseño sísmico, no se puede observar simplemente la carga estática sobre un perno: hay que combinarla con la carga sísmica. Por ejemplo, un perno que sostiene un alféizar de 1000 libras podría necesitar solo soportar 1000 libras en una zona no sísmica, pero en una zona sísmica, esa carga puede duplicarse o incluso triplicarse debido a la aceleración del suelo. Es por eso que los pernos con clasificación sísmica tienen mayores capacidades de carga máxima y están diseñados para manejar estas cargas estáticas y dinámicas combinadas.
Entonces, en conjunto: sí, los pernos de anclaje se pueden usar absolutamente en zonas sísmicas, pero solo si selecciona pernos que hayan sido probados por terceros y calificados para rendimiento sísmico, los instale correctamente según las pautas del fabricante y del código, y tenga en cuenta la corrosión y las combinaciones de carga. No existe una solución única para todos, por lo que es importante trabajar con un proveedor que conozca los códigos sísmicos y pueda ayudarle a elegir el perno adecuado para su proyecto específico.
Si está trabajando en un proyecto en una zona sísmica (ya sea un nuevo edificio comercial, una modernización residencial, un hospital o un almacén) y no está seguro de qué perno de anclaje es el adecuado para usted, le recomiendo que se comunique con nuestro equipo. Hemos trabajado en miles de proyectos sísmicos en los EE. UU. y podemos ayudarlo a seleccionar el tipo de perno correcto, confirmar que cumple con los códigos de construcción locales e incluso proporcionar datos de pruebas de carga para respaldar su diseño. No se arriesgue con la seguridad sísmica: elija pernos de anclaje que estén diseñados para funcionar cuando más importa.
Referencias:
ACI 318-19, Requisitos del código de construcción para hormigón estructural y comentarios. Instituto Americano del Concreto.
ICC-ES AC193, Criterios de aceptación para anclajes adhesivos postinstalados en hormigón. Servicio de evaluación del Consejo del Código Internacional.
FEMA 450, Regulaciones sísmicas recomendadas por NEHRP para edificios nuevos y otras estructuras. Agencia Federal para el Manejo de Emergencias.
ASTM F1554, Especificación estándar para pernos de anclaje, acero, límite elástico de 36, 55 y 105 ksi. Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales.