Calculadora Anclajes al Terreno — capacidad bulbo inyectado y longitud
Esta calculadora determina la resistencia última al arrancamiento y la longitud mínima del bulbo inyectado para anclajes activos pretensados. Los anclajes transmiten cargas de tracción de estructuras como muros de contención o excavaciones hacia sectores competentes
¿Qué es y cuándo se aplica?
Un anclaje tiene tres partes: cabeza (donde se aplica la tensión en la estructura), tramo libre (no adherido al terreno, cubierto con vaina plástica) y bulbo (zona adherida al terreno por inyección de lechada de cemento a presión). El tramo libre garantiza que la tensión se transfiera lejos de la superficie de falla; el bulbo moviliza la fricción con el terreno para resistir la tracción. Se aplica en muros anclados para excavaciones urbanas (subterráneos, metro), estabilización de taludes rocosos con cables post-tensados, cimentaciones de torres de transmisión sometidas a tensión, estructuras marinas (dique seco, esclusas), y túneles NATM con pernos. No se usa en arcillas blandas (Su < 40 kPa) por riesgo de creep.
Fórmulas aplicadas
Capacidad última en suelos granulares (Littlejohn-Bruce 1976):
Tult = π · D · L · σ'v · K · tan φ · n, con n = factor multiplicador por presión inyección
D = diámetro efectivo del bulbo (> diámetro nominal por penetración de lechada); L = longitud del bulbo; σ'v = tensión efectiva vertical a la mitad del bulbo; K = coeficiente lateral (0,5 a 2 según inyección a baja o alta presión); n = 1 para inyección normal, hasta 3 para post-inyección
Simplificación práctica (FHWA):
Tult = π · D · L · τult, con τult = fricción lateral unitaria del terreno
τult: arenas 120-380 kPa, gravas 200-700 kPa, arcillas rígidas 50-150 kPa
Capacidad última en rocas:
Tult = π · D · L · qa/10, con qa = UCS de la roca sana (Hoek 1983, factor de seguridad implícito)
Tensión admisible en el cable/barra:
Tadm,acero = 0,6 · fyk · A_acero (acero pretensado fyk típico 1.860 MPa, 7 torones φ = 15,2 mm área por torón 140 mm²)
Longitud mínima del bulbo (diseño):
Lbulbo = FS · Tservicio / (π · D · τult), FS = 2 para permanentes, 1,5 temporales
Longitud mínima del tramo libre: Lfree ≥ 5 m o profundidad a la superficie activa de falla del muro + 1,5 m (el mayor)
Ejemplo de cálculo
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Tensión de servicio T | 400 kN (por anclaje) |
| Tipo de terreno del bulbo | Grava compacta (σ'v a 15 m profundidad) |
| σ'v en medio del bulbo | 250 kPa |
| φ' de la grava | 38° |
| τult FHWA para grava | 350 kPa (rango medio) |
| Diámetro perforación nominal | 0,12 m |
| D efectivo (con penetración) | 0,15 m |
| FS (permanente, NCh 3171) | 2,5 |
| Cables a usar | 4 torones φ 15,2 mm (A total = 560 mm²) |
Longitud del bulbo por FHWA simplificado: Lbulbo = FS·T / (π·D·τult) = 2,5·400 / (π·0,15·350) = 1.000 / 164,9 = 6,07 m. Adoptamos Lbulbo = 6,5 m (redondeo constructivo). Capacidad última: Tult = π·D·L·τult = π·0,15·6,5·350 = 1.071 kN. Capacidad admisible: Tadm = Tult/FS = 1.071/2,5 = 428 kN > 400 kN requerido ✓. Verificación acero: Tadm,acero = 0,6·1.860·560 = 624.960 N = 625 kN > 400 kN ✓. Con 4 torones hay holgura para sobretensión de 50 % (cebado inicial), que es práctica estándar. Longitud tramo libre: en muro de 12 m con anclaje a 3 m de cabeza, superficie de falla activa pasa a 45° + φ/2 = 64° desde pie = 9 m desde cabeza. Lfree min = 9 + 1,5 = 10,5 m. Longitud total anclaje = Lfree + Lbulbo = 10,5 + 6,5 = 17 m. Ensayo de integridad: cada anclaje debe probarse a 1,25·T = 500 kN y verificar que la elongación sea consistente con el tramo libre real.
Resultado: Lbulbo = 6,5 m · Tult = 1.071 kN · Tadm = 428 kN · Longitud total 17 m · 4 torones
Interpretación de resultados
El diseño es eficiente: el bulbo transfiere 400 kN con 6,5 m en grava compacta a profundidad donde σ'v es razonable. Si el terreno fuera arena media (τult = 180 kPa), la longitud requerida subiría a ~12 m (casi doblar). En arcillas blandas (τult < 50 kPa) los anclajes dejan de ser viables y se pasa a tirantes pasivos (dead man) o pilotes de tracción. El espaciamiento horizontal entre anclajes es crítico: si son < 1,5 m el efecto grupo reduce la capacidad individual por superposición de campos de tensión (se evalúa con factor de eficiencia η similar a pilotes). Espaciamiento recomendado: 2,5-3 m centro a centro.
Normativas de referencia
- NCh 3171.Of2017 — Fundaciones, sección sobre anclajes postensados
- FHWA-IF-99-015 — Ground anchors and anchored systems (guía estándar)
- PTI DC35.1 (2014) — Recommendations for prestressed rock and soil anchors
- Littlejohn, G.S. & Bruce, D.A. (1976). Rock anchors — state-of-the-art
- Hoek, E. (1983). Strength of jointed rock masses, rock anchorage
- Eurocode 7 (EN 1997-1) — Anchorages, sección específica
- BS 8081 — Code of practice for ground anchorages
Preguntas frecuentes
¿Anclaje permanente o provisorio?
Permanente: vida útil > 2 años, protección doble (vaina + inyección corrugada), acero galvanizado o con protección anódica, FS = 2,5. Provisorio: vida útil < 2 años (ej. excavación), protección simple, FS = 1,5. Transiciones provisionales que quedan en servicio > 2 años deben reforzarse con inyección adicional para convertirlos en permanentes.
¿Barras o cables?
Barras (GEWI, Dywidag): mejores para longitudes cortas (< 15 m), permiten acoples mecánicos, fáciles de inspeccionar, diámetros 25-50 mm, límite práctico 1.000 kN por barra. Cables de torones: mejores para longitudes largas (> 15 m), capacidades muy altas (hasta 5.000 kN con 22 torones), protección más compleja pero estándar en obras grandes. La elección depende del tamaño del anclaje y del acceso en obra.
¿Cómo se prueban los anclajes?
Test proof (todos los anclajes): tensar a 1,25·T y verificar elongación = esperada ± 15 % y pérdida por relajación en 15 min < 5 %. Test performance (5-10 % de los anclajes): tensar hasta 1,5·T en ciclos con mediciones de alargamiento y pérdida. Test de extracción (1-2 de sacrificio): tensar hasta falla para verificar Tult real. Resultados se comparan con el modelo de diseño y se ajusta la longitud si hay divergencias.
¿Cuándo necesito post-inyección?
Post-inyección es una segunda inyección de lechada en el bulbo a presión después de que la primera fragüe, usando una manguera con válvula de retención. Aumenta D efectivo y σ'radial alrededor del bulbo, incrementando Tult 40-100 %. Se usa en suelos difíciles: arenas finas flojas, limos saturados, arcillas con alta plasticidad, y cuando se requiere capacidad alta en longitudes limitadas.