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Hormigón armado
Armadura y estribos antes del hormigonado.
La técnica constructiva del hormigón armado consiste en la utilización de hormigón reforzado con
barras o mallas de acero, llamadas armaduras. También es posible armarlo con fibras, tales como
fibras plásticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones de barras de acero con fibras
dependiendo de los requerimientos a los que estará sometido. El hormigón armado se utiliza
en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túnelesy obras industriales. La utilización de
fibras es muy común en la aplicación de hormigón proyectado o shotcrete, especialmente en túneles
y obras civilesen general.
Índice
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1 Historia
2 Cálculo de elementos de hormigón
o 2.1 Fundamento
o 2.2 Cálculo vigas y pilares de hormigón armado
o 2.3 Dimensionado de secciones
o 2.4 Comprobación de secciones
3 Definiciones
4 Normativas relacionadas
5 Referencias
o 5.1 Bibliografía
6 Enlaces externos
7 Véase también
Historia[editar · editar código]
Pilar de un puente de hormigón armado.
Armado de la construcción de laBasílica de la Sagrada Familia.
La invención del hormigón armado se suele atribuir al constructor William Wilkinson, quien solicitó en
1854 la patente de un sistema que incluía armaduras de hierro para «la mejora de la construcción de
viviendas, almacenes y otros edificios resistentes al fuego». En el 1855 Joseph-Louis Lambot
publicó el libro «Les bétons agglomerés appliqués á l'art de construire» (Aplicaciones del hormigón
al arte de la construcción), en donde patentó su sistema de construcción, expuesto en la exposición
mundial en París, el año 1854, el cual consistía en una lancha de remos fabricada de hormigón
armado con alambres. François Coignet en 1861 ideó la aplicación en estructuras como techos,
paredes, bóvedas y tubos. A su vez el francés Joseph Monier patentó varios métodos en la década
de 1860. Muchas de estas patentes fueron obtenidas por G.A. Wayss en 1866 de las empresas
Freytag und Heidschuch y Martenstein, fundando una empresa de hormigón armado, en donde se
realizaban pruebas para ver el comportamiento resistente del hormigón, asistiendo el arquitecto
prusiano Matthias Koenen en estas pruebas, efectuando cálculos que fueron publicados en un
folleto llamado «El sistema Monier, armazones de hierro cubiertos en cemento». Que fue
complementado en 1894 por Edmond Coignet y De Tédesco, método publicado
enFrancia agregando el comportamiento de elasticidad del hormigón como factor en los ensayos,
estos cálculos fueron confirmados por otros ensayos realizados por Eberhard G. Neumann en 1890.
Bauschinger y Bach comprobaron las propiedades del elemento frente al fuego y su resistencia
logrando ocasionar un gran auge, por la seguridad del producto en Alemania. Fue François
Hennebique quien ideó un sistema convincente de hormigón armado, patentado en 1892, que utilizó
en la construcción de una fábrica de hilados en Tourcoing, Lille, en 1895.1
En España, el hormigón armado penetra en Cataluña de la mano del ingeniero Francesc Macià con
la patente del francés Joseph Monier. Pero la expansión de la nueva técnica se producirá por el
empuje comercial de François Hennebique por medio de su concesionario en San Sebastián Miguel
Salaverría y del ingeniero José Eugenio Ribera, entonces destinado en Asturias, que
en 1898 construirá los forjados de la cárcel de Oviedo, el tablero del puente de Ciaño y el depósito
de aguas de Llanes.
El primer edificio de entidad construido con hormigón armado es la fábrica de harinas La Ceres
en Bilbao,2 de 1899-1900 (aún hoy en pie y rehabilitada como viviendas) y el primer puente
importante, con arcos de 35 metros de luz, el levantado sobre el Nervión-Ibaizabal en La Peña, para
el paso del tranvía de Arratia entre Bilbao y Arrigorriaga (desaparecido en las riadas del
año 1983).3 Ninguna de las dos obras fue dirigida por Ribera, quien pronto se independizó de la
tutela del empresario francés, sino por los jóvenes ingenieros Ramón Grotta y Gabriel Rebollo de la
oficina madrileña de François Hennebique.
Diseño de estructuras de hormigón armado
Hennebique y sus contemporáneos, basaban el diseño de sus patentes en resultados
experimentales, mediante pruebas de carga; los primeros aportes teóricos los realizan prestigiosos
investigadores alemanes, tales como Wilhem Ritter, quien desarrolla en 1899 la teoría del
«Reticulado de Ritter-Mörsch». Los estudios teóricos fundamentales se gestarán en el siglo XX.
Existen varias características responsables del éxito del hormigón armado:
El coeficiente de dilatación del hormigón es similar al del acero, siendo despreciables las
tensiones internas por cambios de temperatura.
Cuando el hormigón fragua se contrae y presiona fuertemente las barras de acero, creando
además fuerte adherencia química. Las barras, o fibras, suelen tener resaltes en su superficie,
llamadas corrugas o trefilado, que favorecen la adherencia física con el hormigón.
Por último, el pH alcalino del cemento produce la pasivación del acero, fenómeno que ayuda a
protegerlo de la corrosión.
El hormigón que rodea a las barras de acero genera un fenómeno de confinamiento que impide
su pandeo, optimizando su empleo estructural.
Cálculo de elementos de hormigón[editar · editar código]
Fundamento[editar · editar código]
El hormigón en masa es un material moldeable y con buenas propiedades mecánicas y de
durabilidad, y aunque resiste tensiones y esfuerzos de compresión apreciables tiene una resistencia
a la tracción muy reducida. Por eso se usa combinado con acero, que cumple la misión de cubren
las tensiones de tracción que aparecen en la estructura.
Por otro lado, el acero confiere a las piezas mayor ductilidad, permitiendo que las mismas se
deformen apreciablemente antes de la falla.
En los elementos lineales alargados, como vigas y pilares las barras longitudinales, llamadas
armado principal o longitudinal. Estas barras de acero se dimensionan de acuerdo a la magnitud
delesfuerzo axial y los momentos flectores, mientras que el esfuerzo cortante y el momento
torsor condicionan las características de la armadura transversal o secundaria.
Cálculo vigas y pilares de hormigón armado[editar · editar código]
La simple teoría de vigas de Euler-Bernoulli no es adecuada para el cálculo de vigas o pilares de
hormigón armado. Los elementos resistentes de hormigón armado presentan un mecanismo
resistente más complejo debido a la concurrencia de dos materiales diferentes, hormigón y acero,
con módulos de Young muy diferentes y los momentos de inercia son variables de acuerdo al
tamaño de las fisuras de los elementos. Las diferentes propiedades mecánicas de hormigón y acero
implican que en un elemento de hormigón armado la tensión mecánica de las armaduras y el
hormigón en contacto con ellas sean diferentes, ese hecho hace que las ecuaciones de equilibrio
que enlazan los esfuerzos internos inducidos por las fuerzas y tensiones en hormigón y acero no
sean tan simples como las de secciones homogéneas, usadas en la teoría de Euler-Bernouilli.
La Instrucción Española del Hormigón Estructural las ecuaciones de equilibrio mecánico para el
esfuerzo axil N y el momento flector M de una sección rectangular pueden escribirse de forma muy
aproximada como:
Donde:
, son magnitudes geométricas. Respectivamente: el canto útil, el recubrimiento y
la profundidad de la fibra neutra respecto a la fibra más comprimida del hormigón.
son respectivamente la "tensión de la armadura de tracción" (o menos
comprimida) la "armadura de compresión" (o más comprimida) y la tensión de diseño del
acero de las armaduras.
, son las cuantías mecánicas, relacionadas con el área transversal de acero de
las armaduras.
, son el esfuerzo axil y el momento flector resultantes de las
tensiones de compresión en el hormigón, en función de la posición de la línea neutra.
Si se usa el diagrama rectángulo normalizado para representar la relación de
tensión-deformación del hormigón entonces las tensiones de la armadura de
tracción y de compresión se pueden expresar las funciones anteriores como:
Por otra parte los esfuerzos soportados por el bloque comprimido de hormigón
vienen dados por:
Dimensionado de secciones[editar · editar código]
El problema del dimensionado de secciones se refiere a dadas unas cargas y
unas dimensiones geométricas de la sección determinar la cantidad de acero
mínima para garantizar la adecuada resistencia del elemento. La minimización del
coste generalmente implica considerar varias formas para la sección y el cálculo
de las armaduras para cada una de esas secciones posibles, para calcular el
coste orientativo de cada posible solución.
Una sección de una viga sometida a flexión simple, requiere obligatoriamente una
armadura (conjunto de barras) de tracción colocada en la parte traccionada de la
sección, y dependiendo delmomento flector puede requerir también una armadura
en la parte comprimida. El área de ambas armaduras de una sección rectangular
puede calcularse aproximadamente mediante los siguientes juegos de fórmulas:
Donde:
, es la cuantía mecánica de armadura de compresión.
, es el área total de la armadura de compresión.
, es la cuantía mecánica de armadura de compresión.
, distancias desde la fibra más comprimida a la armaduras de tracción y a la
armadura de compresión.
, ancho de la sección.
Con las mismas notaciones, la armadura de tracción se
calcula como:
Comprobación de secciones[editar · editar
código]
El problema de comprobación consiste en dada una
sección completamente definida, por sus dimensiones
geométricas y un cierto número de barras con una
disposición bien definida, comprobar mediante cálculo si
dicha sección será capaz de soportar los esfuerzos
inducidos en ella por la acción de cargas conocidas.
Definiciones[editar · editar código]
Armadura Principal (o Longitudinal): Es aquella
requerida para absorber los esfuerzos de tracción en la
cara inferior de en vigas solicitadas a flexión
compuesta, o bien la armadura longitudinal en
columnas.
Armadura Secundaria (o Transversal): Es toda
armadura transversal al eje de la barra. En vigas toma
esfuerzos de corte, mantiene las posiciones de la
armadura longitudinal cuando el hormigón se
encuentra en estado fresco y reduce la longitud
efectiva de pandeo de las mismas.
Amarra: Nombre genérico dado a una barra o alambre
individual o continuo, que abraza y confina la armadura
longitudinal, doblada en forma de círculo, rectángulo, u
otra forma poligonal, sin esquinas reentrantes.
Ver Estribos.
Cerco:: Es una amarra cerrada o doblada
continua. Una amarra cerrada puede estar
constituida por varios elementos de refuerzo con
ganchos sísmicos en cada extremo. Una amarra
doblada continua debe tener un gancho sísmico
en cada extremo.
Estribo: Armadura abierta o cerrada empleada
para resistir esfuerzos de corte, en un elemento
estructural; por lo general, barras, alambres o
malla electrosoldada de alambre (liso o estriado),
ya sea sin dobleces o doblados, en forma de L, de
U o de formas rectangulares, y situados
perpendicularmente o en ángulo, con respecto a la
armadura longitudinal. El término estribo se aplica,
normalmente, a la armadura transversal de
elementos sujetos a flexión y el término amarra a
los que están en elementos sujetos a compresión.
Ver también Amarra. Cabe señalar que si extisten
esfuerzos de torsión, el estribo debe ser cerrado.
Zuncho: Amarra continua enrollada en forma de
hélice cilíndrica empleada en elementos
sometidos a esfuerzos de compresión que sirven
para confinar la armadura longitudinal de una
columna y la porción de las barras dobladas de la
viga como anclaje en la columna. El
espaciamiento libre entre espirales debe ser
uniforme y alineado, no menor a 80 mm ni mayor
a 25 mm entre sí. Para elementos hormigonados
en obra, el diámetro de los zunchos no deben ser
menor que 10 mm.
Barras de Repartición: En general, son aquellas
barras destinadas a mantener el distanciamiento y el
adecuado funcionamiento de las barras principales en
las losas de hormigón armado.
Barras de Retracción: Son aquellas barras instaladas
en las losas dondela armadura por flexión tiene un sólo
sentido. Se instalan en ángulo recto con respecto a la
armadura principal y se distribuyen uniformemente,
con una separación no mayor a 3 veces el espesor de
la losa o menor a 50 cm entre sí, con el objeto de
reducir y controlar las grietas que se producen debido
a la retracción durante el proceso de fraguado del
hormigón, y para resistir los esfuerzos generados por
los cambios de temperatura.
Gancho Sísmico: Gancho de un estribo, cerco
o traba, con un doblez de 135º y con una extensión de
6 veces el diámetro (pero no menor a 75 mm) que
enlaza la armadura longitudinal y se proyecta hacia el
interior del estribo o cerco.
Traba: Barra continua con un gancho sísmico en un
extremo, y un gancho no menor de 90º, con una
extensión mínima de 6 veces el diámetro en el otro
extremo. Los ganchos deben enlazar barras
longitudinales periféricas. Los ganchos de 90º de dos
trabas transversales consecutivas que enlacen las
mismas barras longitudinales, deben quedar con los
extremos alternados.
Normativas relacionadas[editar · editar
código]
La normativa española Instrucción Española del
Hormigón Estructural EHE-99 de 1999, quedó
derogada definitivamente el 1 de diciembre de 2008 en
favor de la EHE-08.4
La normativa de ámbito europeo, aunque no obligado
cumplimiento es el Eurocódigo 2: Proyecto de
Estructuras de Hormigón.
La Normativa Argentina de referencia es el
Reglamento CIRSOC 201 - 2005, que reemplaza al
antiguo CIRSOC 201-1982. La nueva normativa está
basada en el Reglamento ACI Norteamericano, en
contraposición con el de 1982, que tomaba la base de
la antigua normativa DIN alemana.
El citado Reglamento Estadounidense es el ACI 318-
05 (American Concrete Institute).
