LONGITUD DE EMPOTRAMIENTO EN ANCLAJES

Los anclajes postinstalados en barras de refuerzo (rebar) suelen generar dudas entre ingenieros y personal de obra, especialmente sobre si la longitud de empotramiento calculada es adecuada o excesiva. Hoy aclararé este tema para evitar confusiones comunes en oficinas de diseño y obra.

Los anclajes postinstalados fijan barras (o pernos) en concreto endurecido mediante adhesivos o mecanismos mecánicos, permitiendo conexiones estructurales posteriores. Su diseño sigue normas como ACI 318, considerando distintos modos de falla (acero, concreto, adherencia) y requisitos de borde, espaciamiento y desempeño sísmico.

Existen dos teorías clave para su diseño, según la función del anclaje: la “teoría de anclaje” y la “teoría de longitud de desarrollo” (ambas están en el ACI 318-25).

En la Teoría de anclaje se usa para empotramientos cortos (entre 4 y máximo 20 diámetros de la barra a anclar), típicos en uniones concreto-acero estructural con placa base de interfase. Aquí se calcula que el anclaje resista las cargas sin buscar que la barra alcance su capacidad máxima, aceptando posibles modos de fallas frágiles. Acá se consideran cargas axiales y cortantes (y su interacción).

En la teoría de longitud de desarrollo: Aplica por lo general para uniones concreto-concreto (empalmes, extensiones), donde la barra debe alcanzar su límite de fluencia sin fallas frágiles, independiente de las cargas. Solo se considera cargas axiales y requiere longitudes de empotramiento mayores (30 diámetros y más).

La elección depende de si se busca que el acero solo resista una combinación de cargas o que “fluya” para lograr un comportamiento dúctil.

En el video se observa una gran longitud de empotramiento, probablemente para columnas o muros estructurales, donde “30 cm” serían insuficientes para un adecuado desempeño normativo. En esos casos es mejor planificar desde el diseño y usar empalmes mecánicos, pero esa será otra publicación.

Gracias por leer. Si te ha sido útil esta información puedes compartirla para ayudar a entender por qué a veces las longitudes de empotramiento de las “rebar” varían tanto.

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NORMA AIS 701-24 - AISLAMIENTO SISMICO EN LA BASE

La norma AIS 701-24 establece los requisitos fundamentales para el diseño sísmico de edificaciones que utilizan sistemas de aislamiento de base en Colombia. Publicado por la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica, el texto detalla los procedimientos analíticos, criterios de desempeño y fórmulas matemáticas necesarias para proteger las estructuras ante terremotos de gran magnitud. El manual abarca desde definiciones técnicas y nomenclatura especializada hasta métodos específicos de análisis, como la fuerza horizontal equivalente y modelos dinámicos. Además, se incluyen directrices sobre el control de calidad, ensayos de laboratorio para los dispositivos de aislamiento y la evaluación de las propiedades de los materiales bajo condiciones ambientales variables. Este estándar busca armonizar las prácticas locales con normativas internacionales para garantizar la resiliencia de la infraestructura y la seguridad de los ocupantes. Finalmente, el documento especifica las responsabilidades de los diseñadores y los límites de deformación permitidos para asegurar la integridad estructural durante eventos sísmicos severos.

Una infografía del procedimiento planteado en la norma es el siguiente (hacer clic para agrandar la imagen):

El contenido como tal de la norma es el siguiente:

CAPÍTULO 1: DISPOSICIONES GENERALES

Este capítulo es el punto de partida y establece las "reglas de juego" terminológicas. Aquí se define el alcance: esta norma aplica exclusivamente a edificaciones aisladas sísmicamente y funciona en conjunto con la AIS 100-24 .

• Definiciones Clave: Se establecen conceptos fundamentales para evitar ambigüedades en obra o diseño, como Sistema de Aislamiento (incluye aisladores y fijadores), Interfaz de Aislamiento (la frontera entre superestructura y subestructura) y términos de desplazamiento crítico como el Desplazamiento Máximo Total ($D_{TM}$), que incluye la torsión .

• Nomenclatura: Se listan las variables matemáticas usadas en las ecuaciones de diseño, asegurando que todos hablemos el mismo idioma algebraico ($K_{eff}$, $B_M$, etc.) .

CAPÍTULO 2: REQUISITOS DE DISEÑO GENERALES

Aquí entramos en materia sobre qué debemos considerar antes de calcular números. Este capítulo define los criterios de configuración y los límites de las propiedades de los materiales.

• Coeficiente de Importancia: Para estructuras aisladas, el coeficiente de importancia ($I$) se toma igual a 1.0, independientemente del grupo de uso .

• Factores de Modificación ($\lambda$): Este es un punto crucial para nosotros los estructurales. No podemos diseñar con valores nominales "de catálogo". Debemos aplicar factores ($\lambda$) que consideren el envejecimiento, contaminación, temperatura y efectos de carga cíclica (scragging) para establecer los límites superiores e inferiores de las propiedades de diseño ($K_{max,min}$) .

• Requisitos del Sistema: Se exigen sistemas de restricción ante viento y fuego, estabilidad ante cargas verticales (evitar vuelco) y programas de inspección y mantenimiento tras la ocupación .

CAPÍTULO 3: MOVIMIENTOS SÍSMICOS DE DISEÑO

Este capítulo trata sobre la definición de la amenaza sísmica, específicamente el Sismo de Máxima Capacidad ($SMC$).

• Amenaza Específica: Se recomienda fuertemente realizar un estudio de amenaza sísmica particular del sitio, especialmente para definir el espectro de respuesta y los periodos de interés (de $0.2T_M$ a $1.25T_M$) .

• Registros de Movimiento (Acelerogramas): Si vamos a hacer análisis tiempo-historia (cronológico), aquí se especifica cómo seleccionar y escalar los pares de acelerogramas para que sean consistentes con el espectro del $SMC$ .

CAPÍTULO 4: SELECCIÓN DE MÉTODOS DE ANÁLISIS

¿Podemos usar un método estático o necesitamos ir al dinámico? Este capítulo es nuestro diagrama de flujo para tomar esa decisión.

• Fuerza Horizontal Equivalente (FHE): Se permite solo si la estructura cumple ciertas condiciones de regularidad, altura (menor a 4 pisos o 20m) y rigidez efectiva. Básicamente, para estructuras "sencillas" y rígidas sobre aisladores .

• Análisis Dinámico: Es obligatorio para estructuras que no cumplen los requisitos del FHE, como aquellas con irregularidades, muy flexibles, o ubicadas en suelos muy blandos (tipo E o F) .

CAPÍTULO 5: MÉTODO DE LA FUERZA HORIZONTAL EQUIVALENTE

Aunque usemos software avanzado, este capítulo es vital para validaciones y predimensionamiento. Define las fórmulas "a mano".

• Desplazamientos: Presenta las ecuaciones para calcular el desplazamiento del sistema de aislamiento ($D_M$) y el desplazamiento total ($D_{TM}$) que incluye la torsión inherente y accidental .

• Fuerzas Mínimas: Establece el cortante basal mínimo ($V_b$) que debe resistir el sistema de aislamiento y el cortante ($V_s$) para la superestructura. Ojo aquí: la superestructura se diseña para fuerzas reducidas ($R_I$), pero sin bajar de ciertos límites respecto al cortante de base fija .

• Distribución Vertical: Cómo repartimos esa fuerza sísmica en la altura del edificio .

CAPÍTULO 6: MÉTODOS DE ANÁLISIS DINÁMICO

Este es el estándar moderno para la mayoría de proyectos aislados.

• Modelado: Exige modelar explícitamente las características fuerza-deformación no lineales de los aisladores .

• Tipos de Análisis: Cubre tanto el Análisis de Espectro de Respuesta (modal) como el Análisis Cronológico (Tiempo-Historia).

• Ajuste de Resultados: Un control de seguridad importante: si el análisis dinámico arroja fuerzas muy bajas, debemos escalarlas a un porcentaje mínimo de lo que daría el método de Fuerza Horizontal Equivalente (Capítulo 5) para no subdiseñar .

CAPÍTULO 7: REVISIÓN DE DISEÑOS

Dada la complejidad y especialidad del aislamiento sísmico, la norma institucionaliza la revisión por pares (Peer Review).

• Alcance del Revisor: Se exige una revisión independiente del diseño del sistema de aislamiento, los ensayos de prototipo y el análisis estructural global, realizada por profesionales con experiencia comprobada en esta tecnología .

CAPÍTULO 8: ENSAYOS

Como ingenieros, no confiamos ciegamente en la teoría; necesitamos evidencia física.

• Ensayos de Prototipo: Antes de fabricar los aisladores de la obra, se deben ensayar prototipos a escala real bajo cargas cíclicas para validar sus propiedades ($K_{eff}$, Amortiguamiento) y estabilidad bajo carga vertical máxima .

• Control de Calidad: Establece las pruebas rutinarias para las unidades de producción, asegurando que lo que llega a la obra tiene las mismas prestaciones que el diseño .

• Secuencia y Ciclos: Define exactamente cuántos ciclos y a qué amplitud de desplazamiento ($D_M$) se deben someter las unidades .

CAPÍTULO 9: DISEÑO POR DESEMPEÑO

Es un capítulo breve que abre la puerta a metodologías avanzadas. Permite validar el diseño utilizando procedimientos basados en desempeño (como los del ASCE 41), enfocándose en niveles de desempeño específicos para la estructura y componentes no estructurales .

CAPÍTULO 10: NORMAS EN CONSENSO Y REFERENCIA

Finalmente, se listan las normas internacionales (como ASCE 7-16, FEMA, EN-1998) y la literatura técnica que sirvió de base para la elaboración de este documento, proporcionando el respaldo bibliográfico necesario para cualquier consulta profunda . 

AIS 702-24 REQUISITOS DE DISEÑO SISMICO PARA EDIFICACIONES CON DISIPADORES DE ENERGÍA

 

El documento AIS 702-24, emitido por la Asociación Colombiana de Ingeniería Sísmica (AIS), establece los requisitos de diseño sísmico para edificaciones con disipadores de energía. Esta normativa de 2024 tiene como propósito ofrecer un marco técnico detallado para la incorporación de dispositivos que mejoran la respuesta de las estructuras ante la actividad sísmica. El texto abarca desde definiciones fundamentales y especificaciones de la estructura principal hasta rigurosos métodos de análisis para evaluar el desempeño sísmico, como el método dinámico cronológico inelástico. Además, el documento fija los criterios de aceptación esenciales para estos dispositivos, basándose en ensayos de laboratorio y pruebas de prototipos que garantizan su durabilidad y correcto funcionamiento.

A continuación una infografía de la metodología del Documento.

A continuación presento un resumen técnico y detallado del documento AIS 702-24: Requisitos de Diseño Sísmico para Edificaciones con Disipadores de Energía, estructurado por sus componentes normativos principales.

1. Alcance y Contexto (Prefacio y Capítulo 1) El documento establece la normativa colombiana para el diseño, análisis y pruebas de edificaciones equipadas con sistemas de disipación de energía (SDE). Fue desarrollado por el comité AIS 700 siguiendo lineamientos de la ASCE 7-16 y FEMA 450. Define dos niveles de amenaza sísmica cruciales para el diseño: el Sismo de Diseño (DE) y el Sismo de Máxima Capacidad (SMC), este último definido en el Capítulo A.2 de la Norma AIS 100-24.

2. Requisitos Generales de Diseño (Capítulo 2) Establece que la estructura principal y el SDE deben trabajar conjuntamente. Puntos clave incluyen:

• Comportamiento Elástico: Los disipadores y sus conexiones deben diseñarse para permanecer elásticos o no fallar bajo las cargas del SMC. Elementos controlados por fuerza requieren un incremento del 20% en las fuerzas de diseño respecto a la respuesta promedio del SMC.

• Variabilidad de Propiedades (λ): No se permite diseñar con un valor único. El ingeniero debe calcular factores de modificación (λ) para determinar propiedades máximas y mínimas de los disipadores, considerando efectos de envejecimiento, temperatura y variaciones de fabricación (Ec. 2-3a y 2-3b).

• Cortante Mínimo (V min): Se imponen límites al cortante basal de diseño, impidiendo reducciones excesivas por el uso de amortiguamiento.

3. Metodología de Análisis (Capítulo 3 y 7) La norma prioriza el análisis riguroso pero permite métodos simplificados bajo condiciones estrictas:

• Método Dinámico Cronológico Inelástico (Capítulo 3): Es el método estándar. Requiere modelación explícita de la histeresis de los disipadores utilizando al menos 7 pares de registros de movimiento del terreno (rotados si están cerca de fallas).

• Métodos Alternativos (Capítulo 7): El Análisis Dinámico Elástico Espectral y la Fuerza Horizontal Equivalente solo se permiten si:

    1. El amortiguamiento efectivo total (βmD) es ≤35%.

  2. Existe redundancia (mínimo 2 disipadores por piso en cada dirección configurados para resistir torsión).

4. Criterios de Aceptación (Capítulo 4) Para el método inelástico, se evalúa el desempeño bajo el SMC. Las derivas de piso máximas no deben exceder 1.5 veces los límites de la norma AIS 100-24, con un tope absoluto del 3%.

5. Validación Experimental (Capítulo 6) El diseño teórico debe validarse mediante ensayos físicos obligatorios:

• Ensayos de Prototipo: Deben someterse a secuencias de carga que incluyen ciclos de viento, 5 ciclos al desplazamiento de diseño (DE) y 3 ciclos al desplazamiento máximo (SMC).

• Criterio de Aceptación: Las propiedades efectivas (rigidez, área de histéresis) no deben variar más del 15% respecto a los valores nominales o promedios.

• Ensayos de Producción: Se requiere probar los dispositivos que serán instalados en la obra para asegurar control de calidad.

6. Definición de Parámetros (Anexo/Definiciones) Proporciona ecuaciones detalladas para calcular el amortiguamiento viscoso, histéresis, fuerzas modales y desplazamientos para los métodos simplificados, considerando la interacción entre la estructura principal y el sistema de disipación.

En conclusión, la AIS 702-24 transforma el uso de disipadores de una "adición opcional" a un sistema rigurosamente regulado que exige considerar la incertidumbre de los materiales (factores λ) y la supervivencia del sistema ante sismos extremos (SMC) mediante ensayos de laboratorio y modelación avanzada.