¿En qué tipo de proyectos se requiere una vida útil de 100 años?

Este artículo dará la respuesta a esta pregunta en relación con las conexiones de anclajes post-instalados (placa base de acero a hormigón) y de conexiones barras corrugadas post instaladas (hormigón a hormigón).  

Normativa

La EN 1990, en la tabla 2.1, aborda específicamente determinadas disposiciones sobre la vida útil para cada tipo de estructura, clasificándolas en áreas específicas.

La figura 1 muestra cómo la normativa EN 1990 aborda una vida útil de 100 años para estructuras civiles como edificios monumentales, puentes y otras estructuras civiles con la categoría 5:

Figura 1 - Categorías de vida útil en la normativa EN 1990 

Esta es la razón por la que los Documentos de Evaluación Europeos de los materiales de construcción (por ejemplo, EADs, ETAs) se limitan a 100 años de vida útil.

Hay algunos anexos nacionales o reglamentos locales que apoyan las categorías de vida útil de la norma EN 1990, como la BS EN 1990:2005 en Gran Bretaña, la CYS EN 1990:2002 en Chipre, la NTC 2018 en Italia, etc. Algunas incluso van más allá de esta afirmación al solicitar una vida útil de 120 años. 

Figura 2 - Ejemplos de Anexos Nacionales y Normativas Locales que abordan la vida útil más allá de los 50 años

Proyectos y aplicaciones
La tabla 2.1 de la normativa EN 1990 se refiere específicamente a los proyectos de ingeniería civil e infraestructuras para una vida útil de 100 años.
Los túneles, puentes, autopistas y ferrocarriles son los tipos de proyectos más relevantes para las aplicaciones de anclajes y barras corrugadas post-instaladas en esta categoría. 

Junto con la norma EN 1990, los propietarios de estructuras masivas o de proyectos mineros diseñados para una vida útil de más de 50 años podrían exigirlo por una cuestión de sostenibilidad financiera y de seguridad estructural.

Las aplicaciones más comunes en estructura civil son:

·       Anclajes post instalados: Instalación MEP y Catenaria, Barreras Acústicas y de Choque.

·       Barras corrugadas post instaladas: ménsula, refuerzo a cortante, recrecidos de hormigón.

Figura 4 - Aplicaciones en estructuras civiles

Los 100 años de vida útil se requieren cada vez de manera más habitual en obra, pero ¿hasta qué punto los códigos y las normativas cubren las conexiones con anclajes?

¿Cómo se evalúa el rendimiento de los anclajes post instalados para 100 años?

Ensayos, evaluación y diseño de anclajes en el marco del documento de evaluación europeo

En el Eurocódigo EN 1990, la "categoría de vida útil de diseño 5", que incluye puentes, edificios y otras estructuras civiles, requiere una vida útil de 100 años. Hilti ofrece las siguientes Evaluaciones Técnicas Europeas (ETAs) con evaluación de 100 años de acuerdo con el Documento de Evaluación Europeo (EAD) 330499-01 y 330087-01:

-       ETA-16/0143 para RE 500 con anclajes químicos

-       ETA-16/0142 para RE 500 con corrugados post instalados

En los documentos EAD 330499-01 y 330087-01, se recogen los ensayos y la evaluación de los productos de anclajes químicos para una vida útil de 50 y 100 años, respectivamente, para aplicaciones de anclajes y corrugados post instalados.

¿Qué dicen los EAD 330499 y 330087 con respecto a la evaluación de la vida útil?

La EAD 330499-01 (antes ETAG 001 Parte 5) y la EAD 330087-01 recogen los ensayos y la evaluación de la durabilidad, el comportamiento cíclico y temporal de los anclajes químicos y las barras corrugadas post instaladas.

Estos ensayos EAD abordan la durabilidad frente a condiciones químicamente agresivas, congelación-descongelación, apertura y cierre de grietas alrededor de los anclajes y carga sostenida.

Sobre estos ensayos se puede observar lo siguiente:

·       Ensayos de durabilidad frente a condiciones químicas agresivas: En estas pruebas, pequeños "trozos" de anclajes químicos instalados en el hormigón se sumergen en condiciones químicas agresivas alcalinas y sulfúricas durante al menos 2000 horas, tras las cuales se comprueba la integridad estructural del químico. El rendimiento de los productos en estas condiciones se evalúa de forma absoluta bajo el supuesto de que los efectos de la exposición a estas condiciones químicas se han manifestado por completo antes de que concluyan las 2000 horas y, por tanto, se utilizan los mismos resultados para 50 y 100 años.

·       Ensayos de congelación-descongelación: La base de estos ensayos se puede encontrar en Eligehausen et al Sección 6.1.5, donde se describe que la base para la aceptación de los anclajes es la estabilización de los desplazamientos bajo carga sostenida durante 50 ciclos de congelación-descongelación sin correlación evidente con el número de ciclos de congelación-descongelación que un anclaje puede experimentar durante la vida útil. Al igual que con los ensayos de durabilidad, la evaluación de la congelación-descongelación se realiza mediante una evaluación absoluta y los datos se aplican igualmente a la evaluación de 50 y 100 años.

·       Ensayos de carga sostenida: Para los ensayos según la EAD 330499, se registra el desplazamiento del anclaje bajo carga sostenida (cargas de tensión permanentes) y se extrapola a 50 años. Los desplazamientos de 50 años se comparan entonces con un desplazamiento de referencia. En este caso, la correspondencia con la vida útil de 50 años es segura; por lo tanto, para una vida útil de 100 años se considera la extrapolación del desplazamiento bajo carga sostenida a 100 años (que se exige en la EAD 332077 junto con los requisitos adicionales).

·       Ensayos de apertura/cierre de fisuras: La EAD 330499-01 recoge 1000 ciclos de apertura y cierre de fisuras. En otro documento, ACI 355.2, se describe que estos 1000 ciclos suponen 20 ciclos anuales a lo largo de una vida útil de 50 años. Por lo tanto, para los productos evaluados de acuerdo con la EAD 332077, se supone que hay 20 ciclos anuales a lo largo de una vida de 100 años para un total de 2000 ciclos. 

Figura 5. Resumen de las consideraciones sobre ensayos en el EAD 330499-01

Otras consideraciones de diseño

Más allá de las tensiones de adherencia para 100 años previstos en las ETA, existen otras consideraciones:

• Factores parciales: Los factores parciales de los materiales en las ETAs se toman como iguales a los factores parciales para 50 años, lo que se asume como conservador ya que existe una mayor probabilidad de fallo a los 100 años en comparación con los 50 años, lo que se traduciría en menores índices de fiabilidad y menores factores parciales correspondientes.
• El factor de cargas sostenidas: En la norma EN 1992-4, se aplica un factor de reducción de 0,6 a todas aquellas cargas “sostenidas”, es decir, cargas de tensión aplicadas de manera sostenida en el tiempo. Este factor se designa como válido sólo para 50 años; en ese momento, el ingeniero debe elegir el valor apropiado para 100 años. (Véase, por ejemplo, la referencia  para las recomendaciones publicadas sobre este tema).
• Cargas: El ingeniero debe considerar si las cargas necesitarán ser verificadas para 100 años, incluyendo si los períodos de recurrencia de los eventos de diseño incluyen la vida útil.
• Otros factores de diseño que dependen de la vida útil

¿Cómo hacer un diseño de 100 años de vida útil con anclajes químicos?

Documentación ETA y software de diseño

La resina de Hilti HIT-RE 500 dispone de varios documentos que abordan diferentes aplicaciones con diferentes disposiciones de vida útil:

Evaluación Técnica Europea (ETA) 

Figura 6- Documentos existentes de RE-500 basados en diferentes tiempos de vida útil

-          La ETA 16/0143 aborda los anclajes post instalados bajo cargas estáticas, cuasiestáticas y sísmicas para 50 y 100 años de vida útil
-          La ETA 16/0142 aborda las barras de refuerzo post instaladas bajo cargas estáticas, cuasiestáticas, de fuego y sísmicas para 50 años de vida útil
-          La ETA 20/0125 aborda las barras de refuerzo post instaladas bajo cargas estáticas, cuasiestáticas y de fuego para 100 años de vida útil
-          Juicio de ingeniería para anclajes post instalados para 120 años de vida útil (Informe de expertos)
-          Juicio de ingeniería para barras corrugadas post instaladas para 120 años de vida útil. (Informe de expertos)
 
Anclajes post instalados (acero a hormigón):
La ETA 16/0143 ofrece disposiciones de diseño para 50 y 100 años proporcionando dos valores diferentes de resistencia de adherencia basados en el tiempo de vida útil.
Por ejemplo, a continuación se muestra la resistencia de adherencia de HIT RE-500 en hormigón C20/25 con taladros perforados con martillo:  

Figura 7 - Comparación de la resistencia de adherencia de la HIT RE-500 entre 50 y 100 años 

Los valores de resistencia del hormigón no fisurado no cambian debido a la fuerte resiliencia bajo cargas sostenidas durante 6 meses, sin embargo, se observa una caída de la resistencia de alrededor del 30-40% en el caso del hormigón fisurado al ser sometido a un número doble de ciclos de fisuración.
 
Barras corrugadas post instaladas (hormigón a hormigón):
Sobre la base de los ensayos y la evaluación de EAD, la ETA del producto correspondiente incluye valores de diseño para diferentes condiciones de carga y vida útil. Actualmente, HIT-RE500 dispone de una evaluación técnica para una vida útil de 100 años.

Figura 8 - Comparación de la resistencia de adherencia de HIT RE-500 entre 50 y 100 años para aplicaciones de barras corrugadas post instaladas

Software de diseño
Las soluciones de software de diseño de anclajes deben responder a las necesidades de una vida útil de 100 años siguiendo los valores de resistencia a la adherencia de los documentos ETA. Hilti ofrece esta opción a la comunidad de ingenieros con sus dos soluciones de software: PROFIS Engineering y PROFIS Rebar.

PROFIS Engineering (Conexiones acero a hormigón)
PROFIS Engineering permite al ingeniero diseñar soluciones de fijación para una vida útil de 100 años. El único requisito es seleccionar el producto como "HIT-RE 500 100 años".
Esta condición de diseño se recogerá en los informes de diseño. En caso de que existan cargas de tensión o de momento sostenidas (permanentes) que actúen sobre la placa base, el ingeniero debe hacer clic en la segunda flecha con líneas discontinuas e introducir los valores de carga sostenida. Ten en cuenta que Ψsus se considera como 0,6 para 100 años. 

Figura 9 - Diseño de 100 años con el software de diseño de anclajes PROFIS Engineering 

 
PROFIS Rebar (hormigón a hormigón)
PROFIS Rebar incluye el diseño para 50 y 100 años. En el proceso de diseño, es necesario seleccionar la vida útil requerida y el diseño se ejecutará con los valores de rendimiento relacionados.