Conexiones del eje del elevador

Su autor examina qué anclajes son apropiados, así como cómo se seleccionan, diseñan y evalúan para su seguridad.

En un entorno comercial acelerado, las empresas de ascensores tienen el desafiante trabajo de lograr la seguridad a largo plazo para sus clientes. Incluso bajo presión comercial, la seguridad a menudo se reduce a prestar atención tanto a los componentes y procesos principales como a los menos conspicuos. Algunos pueden considerar que los sistemas de conexión utilizados en el hueco del ascensor pertenecen a la última categoría.

Durante las nuevas instalaciones y el mantenimiento, se utilizan sistemas de conexión tanto perforados como de hormigón moldeado para asegurar el equipo a las estructuras de los ejes. Por el lado de la oferta, una variedad de fabricantes de sujetadores ofrecen una amplia gama de productos con diferentes niveles de desempeño y calidad. Por lo tanto, se debe tener cuidado para garantizar que se utilicen productos con el rendimiento y la confiabilidad adecuados. Este es particularmente el caso de situaciones en las que un rendimiento confiable es una necesidad absoluta para la seguridad a largo plazo. Algunas de las conexiones más importantes también están sujetas a cargas dinámicas. Estos incluyen conexiones para rieles de guía de ascensor, vigas divisorias y puertas.

Carga dinámica

Las cargas dinámicas oscilan rápidamente entre niveles más altos y más bajos. Esto contrasta con las cargas estáticas, donde el nivel de carga permanece constante. La naturaleza cíclica rápida de la carga dinámica es muy dura para los materiales y, con el tiempo, puede inducir fatiga y eventuales fallas. La fatiga se induce más rápidamente a medida que aumenta la variación cíclica de la carga y el número de ciclos.

Durante la vida útil de un ascensor, las conexiones para rieles guía, vigas divisorias y puertas pueden estar sujetas a cargas dinámicas durante millones de ciclos. Esto significa que, para evitar fallas prematuras de anclaje, se debe tener cuidado para garantizar que las conexiones utilizadas para estos componentes sean adecuadas para la carga dinámica durante la vida útil prevista del elevador.

Tipos de canales de anclaje

En general, se logra un mejor rendimiento de carga dinámica a largo plazo con materiales que ofrecen una mayor ductilidad. Esto significa que el proceso de fabricación de perfiles de acero conformado, como los canales de anclaje fundidos utilizados para las conexiones del hueco del ascensor, es fundamental para el rendimiento dinámico a largo plazo de la conexión. Si los canales de anclaje se forman en frío, el área del material en la región donde se dobla el perfil se endurece y se vuelve más frágil. Esto normalmente está bien para condiciones de carga estática, pero en el caso de carga dinámica, puede promover la fatiga temprana en el material.

El laminado en caliente produce canales de anclaje con un material mucho más dúctil. Gran parte de la tensión incorporada y las características frágiles que las acompañan de los canales laminados en frío no están presentes en las alternativas laminadas en caliente. En consecuencia, se logra un rendimiento de carga dinámica a largo plazo más seguro para las conexiones críticas del hueco del ascensor utilizando canales de anclaje laminados en caliente. Por lo tanto, seleccionar conexiones en el hueco del ascensor no es solo una cuestión de comprobar el rendimiento de carga estática de la conexión. Normalmente, los datos de diseño de un fabricante de anclajes deberán verificarse para establecer si la vida útil de diseño probada de la conexión cumple con las condiciones dinámicas esperadas.

En los últimos años, se han desarrollado canales de anclaje laminados en caliente con labios dentados para transformar la capacidad de carga de diseño de los canales de anclaje cuando se cargan longitudinalmente en la dirección de la abertura en el canal. Esto puede ser particularmente interesante para los diseñadores de ascensores que desean utilizar conexiones ajustables que también se adapten a cargas laterales elevadas aplicadas al riel del ascensor. Tales condiciones de carga son una situación común en el diseño de terremotos. En estas condiciones, el raíl de contrapeso, en particular, puede encontrar cargas laterales muy elevadas. Con bastante frecuencia, los descarrilamientos del contrapeso ocurren durante eventos sísmicos importantes y el daño resultante al eje, el automóvil y el equipo puede ser considerable.

Concreto agrietado

La investigación ha demostrado que, en determinadas condiciones, se induce la flexión en los componentes estructurales del hormigón, lo que provoca microgrietas en el hormigón. Como resultado, los diseños modernos suelen tener en cuenta la posibilidad de hormigón agrietado. Las grietas de hormigón en las proximidades del ancla provocarán un debilitamiento de la conexión. El comportamiento de los anclajes en hormigón fisurado depende en gran medida de la profundidad del anclaje y del diseño de la cabeza. Por lo general, los anclajes con diámetros de cabeza pequeños no funcionan tan bien como aquellos con cabezas más grandes. La contabilidad del hormigón agrietado debe incluirse en la información de diseño del fabricante del anclaje.

Obviamente, la condición de anclaje puede volverse más severa cuando se desarrollan grietas anchas en el concreto como resultado de la flexión causada por una actividad sísmica severa. Un resultado de las pruebas sísmicas para el anclaje en áreas críticas para la seguridad ha sido el desarrollo de anclajes largos especiales con grandes áreas de cabeza para canales de ancla dentados laminados en caliente. Estos resultaron de probar los canales de anclaje colocados directamente sobre amplias grietas en el concreto. Después de precargar los canales de anclaje, se aplicaron cargas cíclicas adicionales en tensión y corte para simular la carga durante un evento sísmico. Dependiendo del tipo de edificio y su ubicación, los ingenieros de ascensores también pueden necesitar acomodar concreto severamente agrietado en el diseño de anclajes.

Anclaje a otro material

La gama de condiciones de anclaje que enfrentan los equipos de instalación y los diseñadores varía ampliamente. Es posible que se necesiten conexiones a pozos de hormigón convencionales. En otras situaciones, se requieren anclajes a ejes de hormigón de alta resistencia y fuertemente reforzados, particularmente en estructuras altas o diseñadas sísmicamente. En otras estructuras, la pared del hueco puede estar hecha de unidades de mampostería de hormigón (CMU) o ladrillo. En algunos casos, las conexiones del hueco del ascensor deben fijarse a acero estructural o una estructura de acero secundaria.

Las conexiones a ladrillos y CMU son un problema frecuente. Aunque se ha avanzado mucho en la tecnología de conexión perforada, el material de ladrillo o CMU es normalmente el punto débil de la conexión, especialmente cuando se carga dinámicamente. Los intentos de llenar los vacíos de las CMU con concreto para mejorar el rendimiento a menudo tienen resultados variables. Debido a las variaciones de materiales y mano de obra, el rendimiento del anclaje puede ser impredecible, por lo que este tipo de conexión es difícil de diseñar.

Con un prediseño por parte del ingeniero estructural del edificio, se puede introducir un método de conexión más confiable en los nuevos ejes mediante el uso de vigas de concreto en las ubicaciones de los soportes de los rieles guía, las vigas divisorias y las conexiones de las puertas. Las posiciones de las vigas son relativamente fáciles de establecer en la etapa de diseño porque, para una determinada especificación de ascensor, las ubicaciones de anclaje para la mayoría de las empresas de ascensores licitadores deberían ser similares. Dentro de las vigas de hormigón, se utilizan canales de anclaje fundidos y laminados en caliente para proporcionar un método fiable, rápido y ajustable de anclaje a la pared de mampostería por parte del equipo de instalación del ascensor.

Los perfiles de canal laminados en caliente pueden ser igualmente útiles como parte de un sistema de conexión con acero estructural o secundario. En esta aplicación, los canales se utilizan sin los anclajes adicionales necesarios para las conexiones al hormigón. Los perfiles en bruto simplemente se sueldan a la estructura de acero y luego se protegen de la corrosión con un acabado post-aplicado. Una vez más, este método se planifica mejor en la etapa de diseño y se suelda en fábrica para minimizar la soldadura en el sitio de construcción.

Las propiedades del material de los canales hacen que los perfiles laminados en caliente sean ideales para soldar y, combinados con pernos en T roscados, producen un método de conexión confiable y versátil para puertas y soportes de riel guía. Las conexiones entre vigas divisorias y soportes de riel guía son una aplicación ideal para este tipo de producto.

Fijación al hormigón

Además del rendimiento de la ingeniería, el precio y la facilidad de uso, la consideración de la seguridad del equipo de instalación también es un problema al seleccionar un sistema de conexión. Hay tres métodos básicos para adherir al hormigón:

• Perforación de orificios para anclajes de resina o pernos de expansión
• Soldadura a placas de acero empotradas
• Atornillado para anclar canales fundidos en hormigón.

Estos métodos no solo tienen diferentes aspectos técnicos y prácticos que rigen su uso, sino también aspectos relacionados con la seguridad laboral. Los pernos perforados se utilizan a menudo en el hueco del ascensor para conexiones de equipos y rieles guía. Pueden ser engañosamente simples en concepto y conveniencia percibida. Sin embargo, este método tiene algunos problemas de seguridad y prácticos. Además de los posibles daños al hormigón y al refuerzo estructural, la perforación produce ruido y polvo, que según las investigaciones generan riesgos de seguridad para la salud. La exposición al polvo de sílice y los altos niveles de ruido asociados con la perforación son ahora bien conocidos como riesgos para la salud en la industria, particularmente en espacios confinados, como los huecos de los ascensores.

Menos publicitados en los EE. UU. Son los riesgos para la salud de los equipos de instalación asociados con la exposición prolongada a herramientas manuales que vibran, como los martillos perforadores. El síndrome de vibración de mano / brazo (HAVS) o "dedo blanco" es una afección progresivamente debilitante que puede afectar a los usuarios a largo plazo de herramientas eléctricas. Basado en un creciente cuerpo de investigación en los últimos años, HAVS ya ha sido objeto de legislación en Europa, que establece límites diarios a la exposición de los trabajadores de la construcción a las vibraciones de las herramientas eléctricas. En los Estados Unidos, aún no existe una legislación. Sin embargo, la investigación sobre HAVS está reconocida internacionalmente, y las recomendaciones de seguridad de algunas agencias norteamericanas están comenzando a proporcionar una guía sobre este tema que generalmente sigue la posición europea.

La soldadura in situ a componentes de acero o placas de acero incrustadas en las paredes de hormigón del hueco del ascensor también debe supervisarse de cerca por motivos de seguridad. Los humos de soldadura, el calor muy alto, las chispas, la luz ultravioleta intensa y la posibilidad de electrocución son problemas de salud y seguridad. Con el tiempo, es probable que ocurran accidentes con los procesos de soldadura, a menos que se produzcan en un entorno de fábrica controlado.

Por el contrario, los sistemas de anclaje de canales empotrados son fáciles de administrar para los equipos de instalación desde una perspectiva de salud y seguridad. Las conexiones se realizan a los canales previamente moldeados en el hormigón mediante pernos en T que se tuercen, con tuercas que se pueden apretar con una simple llave. No se necesitan herramientas eléctricas. No es necesario taladrar ni soldar, por lo que los riesgos para la salud y la seguridad de los instaladores se reducen mucho.

Los códigos de diseño aplicables actuales para conexiones de canales de anclaje empotrados son el International Building Code® (IBC) de 2012, 2009 y 2006; el 2012, 2009 y 2006 International Residential Code® (IRC): American Concrete Institute International (ACI) 318 Apéndice D; y los Criterios de aceptación ICC-ES recientemente desarrollados para canales de anclaje en elementos de hormigón (AC232).

El primer informe de evaluación de productos de canal de anclaje integrado en América del Norte se emitió para los canales de anclaje JORDAHL® en 2013 basado en AC232 y los códigos IBC, IRC y ACI por la organización de la Asociación Internacional de Funcionarios de Plomería y Mecánica (IAPMO) (IAPMO Uniform). Informe ES # 0293). El ICC está desarrollando más criterios de evaluación de productos para canales de anclaje y se espera que se completen en un futuro próximo.