Los anclajes para edificios metálicos se dividen en dos grupos prácticos: los anclajes al terreno adaptados a la superficie sobre la que se asienta el edificio, ya sea suelo, grava, asfalto o una losa de concreto, y los pernos de anclaje colados en sitio que unen las columnas de acero a una cimentación de concreto. Cuál es el adecuado depende de sobre qué descansa el edificio y de con cuánta fuerza el viento intenta levantarlo. En cualquier caso, la normativa establece un mínimo: OSHA exige que cada columna de acero esté sujeta por al menos cuatro varillas de anclaje. Esta guía describe cada tipo de anclaje, el terreno al que se adapta y las verificaciones de ingeniería que evitan que la estructura se desplace una vez montada. El dimensionamiento de la propia cimentación y de la conexión de la placa base es un paso de ingeniería aparte y queda fuera de lo que decide por sí sola la selección del anclaje.
Qué hacen los anclajes para edificios metálicos y cuándo falla el anclaje incorrecto
La función de un anclaje es resistir el levantamiento, la fuerza similar a una succión que genera el viento al fluir sobre el edificio y a su alrededor, y evitar que la base se deslice lateralmente. En un sitio expuesto, esa carga ascendente puede actuar sobre una estructura ligera mucho antes de que ceda cualquier otra cosa; por eso, sin un anclaje sólido, incluso una estructura resistente puede desplazarse o levantarse. El error que sorprende a los propietarios es usar el anclaje incorrecto para la superficie. Los anclajes de expansión para concreto forzados en asfalto se abren hacia afuera y agrietan la superficie que deberían sujetar. Las varillas corrugadas clavadas en suelo desnudo resisten bien en zonas de poco viento, pero se salen bajo vientos fuertes. En terrenos costeros o húmedos, los anclajes y sujetadores de acero sin protección se corroen primero en las uniones; por eso los herrajes galvanizados son lo habitual cerca del aire salino. Emparejar el anclaje tanto con el terreno como con la exposición al viento es la primera decisión, no algo secundario.
Los principales tipos de anclajes para edificios metálicos según el tipo de suelo
Cuatro tipos de anclajes cubren la mayoría de las instalaciones de edificios metálicos, y cada uno está vinculado a una superficie específica: anclajes para concreto en losas, anclajes de hélice para suelo, anclajes de varilla corrugada para grava o terreno desnudo, y anclajes para asfalto en superficies pavimentadas. La tabla los ordena según dónde sujetan mejor y dónde fallan; cada tipo se detalla más abajo.
| Tipo de anclaje | Mejor superficie | Cómo sujeta | Evitar cuando |
|---|---|---|---|
| Anclaje para concreto | Losa de concreto colado | Se expande o se engancha en el concreto curado | Asfalto o terreno suelto |
| Hélice (para casas móviles) | Tierra, arena, suelo suelto | La hélice se atornilla y resiste el arrancamiento | Roca sólida o pavimento |
| Anclaje de varilla corrugada | Grava, suelo desnudo | Varillas de acero clavadas en ángulo | Sitios con vientos fuertes |
| Anclaje para asfalto | Asfalto pavimentado | Las púas o roscas sujetan sin agrietar | Concreto o suelo blando |
Anclajes para concreto en losas
Los anclajes para concreto son la opción común más resistente, porque el concreto curado le da al anclaje algo rígido en lo que trabarse. En una losa colada, los instaladores taladran e instalan anclajes de expansión instalados después (tipo cuña, que se abren contra el agujero, o tipo camisa, que se expanden a lo largo de su longitud), o bien recurren a pernos colados cuando la losa aún estaba fresca. Los pernos en J y en L con extremo doblado incrustan un extremo curvado que resiste físicamente ser enderezado y extraído, y así se convirtieron en lo habitual para estructuras montadas sobre losa. En construcciones pesadas o permanentes, algunas instalaciones optan por anclajes de pilotes de concreto, en los que el perno se fija en una zapata colada más profunda en lugar de en una losa delgada. Cualquier estructura que soporte carga real suele diseñarse en torno a algún tipo de anclaje para losa.
Anclajes de hélice (para casas móviles) para suelo
Los anclajes de hélice son adecuados para edificios metálicos asentados directamente sobre tierra o arena, donde no hay losa en la que atornillar. Funcionan como un tornillo sobredimensionado: una hélice ancha en la punta gira y penetra profundamente en el suelo y resiste el tirón ascendente del viento, el mismo principio de los anclajes de amarre para casas móviles. La hélice es la parte activa: cuanto más suelo abarca, más levantamiento soporta, por lo que los terrenos sueltos o arenosos, donde una estaca recta fracasaría, son donde mejor rinden las hélices. No son adecuadas para roca o pavimento, en los que la hélice no puede morder.
Anclajes de varilla corrugada para grava y terreno desnudo
Los anclajes de varilla corrugada son la forma más básica y económica de fijar una estructura ligera. Son tramos de acero de refuerzo clavados en ángulo a través del riel de base en grava o suelo compactado, cruzándose entre sí para resistir el movimiento. Como dependen de la fricción con material suelto y no de un trabado mecánico, corresponden a sitios de poco viento y a edificaciones ligeras como cocheras y refugios pequeños, no a nada expuesto a ráfagas de tormenta. Cuando un mapa de vientos o la normativa local exige una resistencia al levantamiento certificada, la varilla corrugada por lo general no cumple.
Anclajes para asfalto en superficies pavimentadas
Los anclajes para asfalto fijan un edificio a un terreno pavimentado sin colar concreto nuevo. Se venden como anclajes de golpeo con púas o anclajes de golpeo cruzado y usan roscas gruesas o púas anguladas, como un anzuelo, que muerden el asfalto a medida que el anclaje se introduce. Las púas sujetan sin la fuerza de apertura hacia afuera que fracturaría la superficie, que es exactamente la razón por la que un anclaje de expansión para concreto nunca puede sustituirlos aquí. El asfalto sujeta con menos firmeza que una losa de concreto, por lo que la exposición al viento sigue fijando el límite práctico de lo que puede sostener.
Pernos de anclaje colados en sitio para columnas de edificios de acero
Los edificios de acero diseñados por ingenieros rara vez se apoyan en anclajes de golpeo o instalados después en las columnas; usan pernos de anclaje colados en sitio en la cimentación antes de que el concreto cure. Estos pernos posicionan, nivelan y sujetan las placas base de las columnas y, al igual que los demás componentes de edificios metálicos, cada uno se especifica en los planos en lugar de tomarse de una estantería. Aparecen tres formas: pernos en J y en L, que se enganchan en el concreto, y varillas de anclaje con cabeza, una varilla recta con una tuerca hexagonal pesada arriba y abajo. Las varillas con cabeza se han vuelto la opción preferida, porque los pernos en J pueden enderezarse y salirse bajo un levantamiento alto. El American Institute of Steel Construction (AISC) desaconseja los pernos en L y en J donde existe tracción calculada.
El grado del acero del perno importa tanto como su forma. La mayoría de los pernos de anclaje estructurales se fabrican según la norma ASTM F1554, que define tres grados, 36, 55 y 105, nombrados por su límite de fluencia en ksi. Un grado más alto soporta más carga con el mismo diámetro, y los fabricantes codifican por color los extremos (Grado 36 azul, Grado 55 amarillo, Grado 105 rojo) para que la varilla correcta llegue a la zapata correcta. La profundidad de empotramiento, el diámetro y la distancia al borde no son cifras empíricas: se derivan de la tracción calculada, la resistencia del concreto y la proximidad del perno al borde de la losa, por lo que salen de los planos estructurales y no de una tabla genérica. Los anclajes instalados después aún tienen su lugar en refuerzos y equipos añadidos más tarde. Pero para una estructura nueva, el perno colado en sitio es aquello alrededor de lo que se cuela la cimentación de un edificio metálico, y una losa de concreto para un edificio de acero se dimensiona para soportar esas cargas.
Cuántos anclajes necesita un edificio metálico y dónde se colocan
La normativa establece un mínimo obligatorio en cantidad: según las reglas de montaje de acero de OSHA, cada columna debe anclarse con un mínimo de cuatro varillas de anclaje. Esa regla de cuatro varillas de OSHA 1926.755 existe para la estabilidad durante el montaje, no solo en servicio final: una columna con menos pernos puede volcarse antes de que la estructura esté arriostrada y revestida. Más allá de ese mínimo, la cantidad y la disposición siguen la retícula de columnas y el tamaño de la placa base de los planos, con cada grupo de pernos espaciado para coincidir con su placa. La distancia al borde es una verificación aparte: un perno colocado demasiado cerca del borde del concreto puede desprender un cono de material en lugar de sujetar, por lo que la separación hasta el borde de la losa se verifica, no se supone. Los edificios ligeros anclados al terreno siguen la misma lógica sin pernos, donde más anclajes, correctamente espaciados, reparten el levantamiento por toda la base.
Planos de colocación de pernos de anclaje y alineación durante el montaje
El plano de colocación es el dibujo que indica a la cuadrilla de cimentación exactamente dónde va cada perno de anclaje antes de que llegue al sitio cualquier elemento de acero. Los pernos se cuelan en grupos sujetos por una plantilla de madera contrachapada o de acero, que mantiene cada grupo a escuadra y con la separación correcta mientras el concreto fragua. La tolerancia de posición es pequeña y no admite errores. Los pernos colocados fuera de los límites de la especificación del proyecto, o del Código de Práctica Estándar del AISC (que exige levantar un plano topográfico de los pernos tal como quedaron instalados antes de enviar el acero), deben corregirse en lugar de forzarse en su sitio. Cuando los pernos quedan fuera de posición, las soluciones habituales son pernos de reemplazo fijados con epoxi, acopladores o extensiones soldadas para pernos que quedaron bajos, y corte y nuevo roscado para pernos que quedaron altos. El concreto también debe alcanzar la resistencia adecuada antes de que las columnas carguen los pernos, por lo que la colada se programa con bastante antelación al montaje de edificios metálicos, no el día anterior.
Como la disposición de los anclajes queda fijada en el concreto, es la única parte del trabajo que no se puede ajustar en obra sin un costo real. KAFA suministra el plano de colocación de pernos de anclaje junto con el paquete estructural, para que el contratista de cimentación y la cuadrilla de montaje trabajen con los mismos ejes de columnas y los mismos detalles de conexiones de estructuras de acero. Esa alineación es lo que permite que las placas base se asienten sobre sus pernos a la primera, en lugar de forzar reparaciones en obra cuando el acero ya está colgando.
Elegir el anclaje correcto para su edificio metálico
La elección se resuelve en un orden fijo: primero el terreno, luego el viento y después el anclaje. Comience por aquello sobre lo que se asentará el edificio: una losa colada apunta a anclajes para concreto colados en sitio o instalados después; el suelo, a hélices; la grava, a varilla corrugada; y el asfalto, a anclajes con púas. Añada encima la exposición al viento, porque un sitio con levantamiento alto descarta la varilla corrugada e impulsa incluso los trabajos sobre losa hacia pernos con cabeza y debidamente empotrados. Para una estructura de acero diseñada por ingenieros, los planos estructurales resuelven el resto (grado, diámetro, empotramiento y el mínimo de cuatro varillas), y el plano de colocación mantiene todo alineado durante el montaje. Decida todo eso antes de colar la cimentación y los anclajes dejarán de ser un problema en obra. Si desea que se verifique la disposición de los anclajes frente a su cimentación y su carga de viento antes de colar la losa, puede solicitar una cotización y hacer que se revise primero el paquete estructural.
Preguntas frecuentes
¿Cuántos anclajes necesita un edificio metálico?
Al menos cuatro por columna en edificios de acero diseñados por ingenieros, porque la norma de montaje de acero de OSHA establece cuatro varillas de anclaje como mínimo para la estabilidad de las columnas. Las estructuras ligeras ancladas al terreno, como las cocheras, en cambio usan anclajes en cada conexión del riel de base, y la cantidad aumenta en sitios más ventosos. El número exacto se deriva de los planos de ingeniería, no de una única regla general.
¿Se puede anclar un edificio metálico al asfalto?
Sí, pero solo con anclajes fabricados para asfalto. Los anclajes para asfalto con púas o roscados muerden el pavimento sin partirlo, mientras que nunca deben sustituirse por anclajes de expansión para concreto, porque su fuerza hacia afuera agrieta la superficie. Como el asfalto sujeta menos que una losa de concreto, un sitio con vientos fuertes puede requerir igualmente una losa.
¿Se necesita una losa de concreto para anclar un edificio de acero?
No, una losa no es estrictamente necesaria, pero proporciona el anclaje más resistente. Los anclajes de hélice, de varilla corrugada y para asfalto fijan edificios sobre la superficie adecuada sin ella. Para estructuras pesadas o expuestas a vientos fuertes, una cimentación de concreto con pernos de anclaje colados en sitio es la vía más confiable, y por eso las estructuras diseñadas por ingenieros suelen proyectarse en torno a una.
¿Cuál es el mejor anclaje para zonas con vientos fuertes?
Los anclajes para concreto colados en sitio o debidamente empotrados sujetan mejor donde el levantamiento por viento es alto. Las varillas de anclaje con cabeza colocadas en una losa o zapata resisten el arrancamiento mucho mejor que los pernos en J o la varilla corrugada clavada, que pueden enderezarse o deslizarse bajo carga. El anclaje aún debe dimensionarse para el levantamiento calculado, por lo que su grado y su empotramiento provienen del diseño estructural.
¿Qué grado de perno de anclaje utilizan las columnas de edificios de acero?
La mayoría utiliza pernos de anclaje ASTM F1554 de Grado 36, 55 o 105, elegidos según la carga que transmite cada columna. El Grado 36 cubre las columnas de gravedad típicas, mientras que los grados superiores se especifican solo donde la tracción calculada los exige. El ingeniero fija el grado en los planos, por lo que no es una elección de obra.
Lecturas adicionales
- OSHA 1926.755, Anclaje de columnas — U.S. Occupational Safety and Health Administration. La norma de montaje de acero que establece el mínimo de cuatro varillas de anclaje por columna y la base de estabilidad durante el montaje para el anclaje de columnas.
- ASTM F1554-20, Especificación estándar para pernos de anclaje — ASTM International. La norma de material que respalda los grados de pernos de anclaje 36, 55 y 105 citados anteriormente.
- Referencia de pernos de anclaje ASTM F1554 — Portland Bolt. Página técnica del fabricante que detalla los límites de fluencia por grado y la codificación por color en obra que se usa para identificarlos.
