Hormigón armado

Armadura y estribos antes del hormigonado.

La técnica constructiva del hormigón armado consisteen la utilización de hormigón reforzado con barras o ma-llas de acero, llamadas armaduras. También se puede ar-mar con fibras, tales como fibras plásticas, fibra de vidrio,fibras de acero o combinaciones de barras de acero confibras dependiendo de los requerimientos a los que estarásometido. El hormigón armado se utiliza en edificios detodo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras in-dustriales. La utilización de fibras es muy común en laaplicación de hormigón proyectado o shotcrete, especial-mente en túneles y obras civiles en general.

1 Historia

La invención del hormigón armado se suele atribuir alconstructor William Wilkinson, quien solicitó en 1854la patente de un sistema que incluía armaduras de hierropara «la mejora de la construcción de viviendas, alma-cenes y otros edificios resistentes al fuego». En el 1855Joseph-Louis Lambot publicó el libro «Les bétons ag-glomerés appliqués á l'art de construire» (Aplicacionesdel hormigón al arte de construir), en donde patentó susistema de construcción, expuesto en la exposición mun-dial en París, el año 1854, el cual consistía en una lanchade remos fabricada de hormigón armado con alambres.François Coignet en 1861 ideó la aplicación en estruc-turas como techos, paredes, bóvedas y tubos. A su vezel francés Joseph Monier patentó varios métodos en ladécada de 1860. Muchas de estas patentes fueron obte-

Pilar de un puente de hormigón armado.

Armado de la construcción de la Basílica de la Sagrada Familia.

nidas por G.A. Wayss en 1866 de las empresas Freytagund Heidschuch yMartenstein, fundando una empresa dehormigón armado, en donde se realizaban pruebas paraver el comportamiento resistente del hormigón, asistien-do el arquitecto prusiano Matthias Koenen en estas prue-bas, efectuando cálculos que fueron publicados en un fo-lleto llamado «El sistema Monier, armazones de hierrocubiertos en cemento». Que fue complementado en 1894por Edmond Coignet y De Tédesco, método publicado enFrancia agregando el comportamiento de elasticidad delhormigón como factor en los ensayos, estos cálculos fue-ron confirmados por otros ensayos realizados por Eber-hard G. Neumann en 1890. Bauschinger y Bach compro-

1

2 2 CÁLCULO DE ELEMENTOS DE HORMIGÓN

baron las propiedades del elemento frente al fuego y suresistencia logrando ocasionar un gran auge, por la seguri-dad del producto en Alemania. Fue François Hennebiquequien ideó un sistema convincente de hormigón armado,patentado en 1892, que utilizó en la construcción de unafábrica de hilados en Tourcoing, Lille, en 1895.[1]

En España, el hormigón armado penetra en Cataluña dela mano del ingeniero Francesc Macià con la patente delfrancés JosephMonier. Pero la expansión de la nueva téc-nica se producirá por el empuje comercial de FrançoisHennebique por medio de su concesionario en San Sebas-tián Miguel Salaverría y del ingeniero José Eugenio Ri-bera, entonces destinado en Asturias, que en 1898 cons-truirá los forjados de la cárcel de Oviedo, el tablero delpuente de Ciaño y el depósito de aguas de Llanes.El primer edificio de entidad construido con hormigónarmado es la fábrica de harinas La Ceres en Bilbao,[2] de1899-1900 (aún hoy en pie y rehabilitada como vivien-das) y el primer puente importante, con arcos de 35 me-tros de luz, el levantado sobre el Nervión-Ibaizabal en LaPeña, para el paso del tranvía de Arratia entre Bilbao yArrigorriaga (desaparecido en las riadas del año 1983).[3]Ninguna de las dos obras fue dirigida por Ribera, quienpronto se independizó de la tutela del empresario francés,sino por los jóvenes ingenieros Ramón Grotta y GabrielRebollo de la oficina madrileña de François Hennebique.

Diseño de estructuras de hormigón armado

Hennebique y sus contemporáneos, basaban el diseñode sus patentes en resultados experimentales, median-te pruebas de carga; los primeros aportes teóricos losrealizan prestigiosos investigadores alemanes, tales co-mo Wilhem Ritter, quien desarrolla en 1899 la teoríadel «Reticulado de Ritter-Mörsch». Los estudios teóri-cos fundamentales se gestarán en el siglo XX.Existen varias características responsables del éxito delhormigón armado:

• El coeficiente de dilatación del hormigón es similaral del acero, siendo despreciables las tensiones inter-nas por cambios de temperatura.

• Cuando el hormigón fragua se contrae y presionafuertemente las barras de acero, creando ademásfuerte adherencia química. Las barras, o fibras, sue-len tener resaltes en su superficie, llamadas corrugaso trefilado, que favorecen la adherencia física con elhormigón.

• Por último, el pH alcalino del cemento produce lapasivación del acero, fenómeno que ayuda a prote-gerlo de la corrosión.

• El hormigón que rodea a las barras de acero ge-nera un fenómeno de confinamiento que impide supandeo, optimizando su empleo estructural.

2 Cálculo de elementos de hormi-gón

2.1 Fundamento

El hormigón en masa es un material moldeable y con bue-nas propiedades mecánicas y de durabilidad, y aunque re-siste tensiones y esfuerzos de compresión apreciables tie-ne una resistencia a la tracción muy reducida. Para resistiradecuadamente esfuerzos de torsión es necesario combi-nar el hormigón con un esqueleto de acero. Este esqueletotiene la misión resistir las tensiones de tracción que apare-cen en la estructura, mientras que el hormigón resistirá lacompresión (siendo más barato que el acero y ofreciendopropiedades de durabilidad adecuadas).Por otro lado, el acero confiere a las piezas mayorductilidad, permitiendo que las mismas se deformenapreciablemente antes de la falla. Una estructura con másacero presentará un modo de fallo más dúcil (y, por tanto,menos frágil), esa es la razón por la que muchas instruc-ciones exigen una cantidad mínima de acero en ciertassecciones críticas.En los elementos lineales alargados, como vigas y pilareslas barras longitudinales, llamadas armado principal olongitudinal. Estas barras de acero se dimensionan deacuerdo a la magnitud del esfuerzo axial y los momentosflectores, mientras que el esfuerzo cortante y el momentotorsor condicionan las características de la armaduratransversal o secundaria.

2.2 Cálculo vigas y pilares de hormigón ar-mado

La simple teoría de vigas de Euler-Bernoulli no es ade-cuada para el cálculo de vigas o pilares de hormigón ar-mado. Los elementos resistentes de hormigón armadopresentan un mecanismo resistente más complejo debi-do a la concurrencia de dos materiales diferentes, hormi-gón y acero, con módulos de Young muy diferentes y losmomentos de inercia son variables de acuerdo al tamañode las fisuras de los elementos. Las diferentes propieda-des mecánicas de hormigón y acero implican que en unelemento de hormigón armado la tensión mecánica de lasarmaduras y el hormigón en contacto con ellas sean di-ferentes, ese hecho hace que las ecuaciones de equilibrioque enlazan los esfuerzos internos inducidos por las fuer-zas y tensiones en hormigón y acero no sean tan simplescomo las de secciones homogéneas, usadas en la teoríade Euler-Bernouilli.La Instrucción Española del Hormigón Estructural lasecuaciones de equilibrio mecánico para el esfuerzo axil Ny el momento flector M de una sección rectangular pue-den escribirse de forma muy aproximada como:

2.3 Dimensionado de secciones 3

N = Nc(X) + Us1

σs1(X)

fyd+ Us2

σs2(X)

fyd

Ne1 = Mc(X, d) + Us2

σs2(X)

fyd(d− d′)

Ne2 = Mc(X, d′)− Us1

σs1(X)

fyd(d− d′)

, e1 =

d−d′

2 + MN , e2 = d−d′

2 − MN

Donde:

d, d′, X , son magnitudes geométricas. Res-pectivamente: el canto útil, el recubrimiento yla profundidad de la fibra neutra respecto a lafibra más comprimida del hormigón.σs1, σs2, fyd son respectivamente la “tensiónde la armadura de tracción” (o menos com-primida) la “armadura de compresión” (o máscomprimida) y la tensión de diseño del acerode las armaduras.Us1, Us2 , son las cuantías mecánicas, relacio-nadas con el área transversal de acero de lasarmaduras.Nc(X),Mc(X, ·) , son el esfuerzo axil y elmomento flector resultantes de las tensiones decompresión en el hormigón, en función de laposición de la línea neutra.

Si se usa el diagrama rectángulo normalizado para repre-sentar la relación de tensión-deformación del hormigónentonces las tensiones de la armadura de tracción y decompresión se pueden expresar las funciones anteriorescomo:

σs1(X)fyd

=−1 −∞ < X < 0, 625d

5

3

X − d

X0, 625d < X < h

X − d

X − 0, 4hh < X

, σs2(X)fyd

=

−1 −∞ < X < −0, 5d′

2

3

X − d′

d′−0, 5d′ < X < 2, 5d′

1 2, 5d′ < X

Por otra parte los esfuerzos soportados por el bloque com-primido de hormigón vienen dados por:

Nc(X) =0 −∞ < X ≤ 0

0, 68fcdbX 0 < X ≤ 1, 25h

0, 85fcdbh 1, 25h < X

, Mc(X, y) =

0 −∞ < X ≤ 0

0, 68bX(y − 0, 4X) 0 < X ≤ 1, 25h

0, 85fcdbh/y − 0, 5h) 1, 25h < X

2.3 Dimensionado de secciones

El problema del dimensionado de secciones se refiere adadas unas cargas y unas dimensiones geométricas de lasección determinar la cantidad de acero mínima para ga-rantizar la adecuada resistencia del elemento. La minimi-zación del coste generalmente implica considerar variasformas para la sección y el cálculo de las armaduras paracada una de esas secciones posibles, para calcular el costeorientativo de cada posible solución.Una sección de una viga sometida a flexión simple, re-quiere obligatoriamente una armadura (conjunto de ba-rras) de tracción colocada en la parte traccionada de lasección, y dependiendo del momento flector puede re-querir también una armadura en la parte comprimida. Elárea de ambas armaduras de una sección rectangular pue-de calcularse aproximadamente mediante los siguientesjuegos de fórmulas:

Us2 ={0 Md < 0, 375U0d1Md−0,375U0d1

d1−d2Md ≥ 0, 375U0d1

, As2 =

Us2

fyd

Donde:

Us2

As2

U0 = 0, 85fcdbd1

d1, d2

b

Con las mismas notaciones, la armadura de tracción secalcula como:

Us1 ={U0

(1−

√1− 2Md

U0d1

)Md < 0, 375U0d1

0, 5U0 + Us2 Md ≥ 0, 375U0d, As1 =

Us1

fyd

2.4 Comprobación de secciones

El problema de comprobación consiste en dada una sec-ción completamente definida, por sus dimensiones geo-métricas y un cierto número de barras con una disposi-ción bien definida, comprobar mediante cálculo si dichasección será capaz de soportar los esfuerzos inducidos enella por la acción de cargas conocidas.

4 6 REFERENCIAS

3 Definiciones• Armadura Principal (o Longitudinal): Es aque-lla requerida para absorber los esfuerzos de tracciónen la cara inferior de en vigas solicitadas a flexióncompuesta, o bien la armadura longitudinal en co-lumnas.

• Armadura Secundaria (o Transversal): Es todaarmadura transversal al eje de la barra. En vigas to-ma esfuerzos de corte, mantiene las posiciones dela armadura longitudinal cuando el hormigón se en-cuentra en estado fresco y reduce la longitud efectivade pandeo de las mismas.

• Amarra: Nombre genérico dado a una barra oalambre individual o continuo, que abraza y confinala armadura longitudinal, doblada en forma de círcu-lo, rectángulo, u otra forma poligonal, sin esquinasreentrantes. Ver Estribos.

• Cerco:: Es una amarra cerrada o doblada con-tinua. Una amarra cerrada puede estar cons-tituida por varios elementos de refuerzo conganchos sísmicos en cada extremo. Una ama-rra doblada continua debe tener un gancho sís-mico en cada extremo.

• Estribo: Armadura abierta o cerrada em-pleada para resistir esfuerzos de corte, en unelemento estructural; por lo general, barras,alambres o malla electrosoldada de alambre(liso o estriado), ya sea sin dobleces o dobla-dos, en forma de L, de U o de formas rectangu-lares, y situados perpendicularmente o en án-gulo, con respecto a la armadura longitudinal.El término estribo se aplica, normalmente, ala armadura transversal de elementos sujetos aflexión y el término amarra a los que están enelementos sujetos a compresión. Ver tambiénAmarra. Cabe señalar que si extisten esfuerzosde torsión, el estribo debe ser cerrado.

• Zuncho: Amarra continua enrollada en formade hélice cilíndrica empleada en elementos so-metidos a esfuerzos de compresión que sirvenpara confinar la armadura longitudinal de unacolumna y la porción de las barras dobladas dela viga como anclaje en la columna. El espa-ciamiento libre entre espirales debe ser unifor-me y alineado, no menor a 80 mm ni mayor a25 mm entre sí. Para elementos hormigonadosen obra, el diámetro de los zunchos no debenser menor que 10 mm.

• Barras de Repartición: En general, son aquellasbarras destinadas a mantener el distanciamiento y eladecuado funcionamiento de las barras principalesen las losas de hormigón armado.

• Barras de Retracción: Son aquellas barras instala-das en las losas dondela armadura por flexión tiene

un sólo sentido. Se instalan en ángulo recto con res-pecto a la armadura principal y se distribuyen uni-formemente, con una separación no mayor a 3 vecesel espesor de la losa o menor a 50 cm entre sí, con elobjeto de reducir y controlar las grietas que se pro-ducen debido a la retracción durante el proceso defraguado del hormigón, y para resistir los esfuerzosgenerados por los cambios de temperatura.

• Gancho Sísmico: Gancho de un estribo, cerco otraba, con un doblez de 135º y con una extensión de6 veces el diámetro (pero no menor a 75 mm) queenlaza la armadura longitudinal y se proyecta haciael interior del estribo o cerco.

• Traba: Barra continua con un gancho sísmico enun extremo, y un gancho no menor de 90º, con unaextensión mínima de 6 veces el diámetro en el otroextremo. Los ganchos deben enlazar barras longitu-dinales periféricas. Los ganchos de 90º de dos trabastransversales consecutivas que enlacen las mismasbarras longitudinales, deben quedar con los extre-mos alternados.

4 Normativas relacionadas

• La normativa española Instrucción Española delHormigón Estructural EHE-99 de 1999, quedó de-rogada definitivamente el 1 de diciembre de 2008en favor de la EHE-08.[4]

• La normativa de ámbito europeo, aunque no obli-gado cumplimiento es el Eurocódigo 2: Proyecto deEstructuras de Hormigón.

• La Normativa Argentina de referencia es el Regla-mento CIRSOC 201 - 2005, que reemplaza al an-tiguo CIRSOC 201-1982. La nueva normativa estábasada en el Reglamento ACI Norteamericano, encontraposición con el de 1982, que tomaba la basede la antigua normativa DIN alemana.

• El citado Reglamento Estadounidense es el ACI318-05 (American Concrete Institute).

5 Véase también

• Aluminosis

• Encofrado

• SS Faith

6 Referencias[1] James Strike, Pérez Arroyo, 2004, pp. 66-67.

5

[2] La fábrica Ceres de Bilbao. Revísta de Obras Públicas,1901

[3] El puente del tranvía en La Peña

[4] Anuncio oficial del Ministerio de Fomento (España)

6.1 Bibliografía

• Jürgen Mattheiss. (1980). Hormigón armado, hor-migón armado aligerado, hormigón pretensado. Ed.Reverté S.A. ISBN 84-291-2057-2.

• Rosell, Jaume; Cárcamo, Joaquín (1995). Los oríge-nes del hormigón armado y su introducción en Biz-kaia. La fábrica Ceres de Bilbao. Colegio Oficialde Aparejadores y Arquitectos Técnicos de Bizkaia.ISBN 84-922167-0-0.

7 Enlaces externos• Vídeos didácticos sobre la historia del hormigón ar-mado en España

• CIRSOC 201, reglamento argentino de construcciónen Hormigón Armado

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8.1 Text• Hormigón armado Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Hormig%C3%B3n%20armado?oldid=79104190 Colaboradores: Joseba,Tano4595, Arocola, Pati, Petronas, Patricio.lorente, Rembiapo pohyiete (bot), RobotQuistnix, Yrbot, Amadís, Echani, Cheveri,Miguel303xm, Andre el gigante, BOTpolicia, Reanduro, CEM-bot, Laura Fiorucci, JMCC1, Jjvaca, Davius, Antur, Ggenellina, Thijs!bot,CesarWoopi, Botones, Felipe Canales, JAnDbot, Aucahuasi, VanKleinen, Rafa3040, TXiKiBoT, Bot-Schafter, Netito777, Fixertool,Idioma-bot, Pólux, Niplos, AlnoktaBOT, VolkovBot, Lucien leGrey, AlleborgoBot, Muro Bot, Bucho, SieBot, Obelix83, Pacomegia,Lordfromdarkness, Elimedina, PipepBot, Tirithel, HUB, Fredy Gabriel, Eduardosalg, Botito777, Alexbot, Takashi kurita, Edi noemi,Raulshc, Albambot, AVBOT, LucienBOT, Diegusjaimes, Luckas-bot, Roinpa, NACLE, Leiro & Law, SuperBraulio13, Xqbot, Botarel,D'ohBot, Adrian21, BF14, Abece, SeoMac, DEagleBot, Seickovsky, EmausBot, AVIADOR, Africanus, J. A. Gélvez, ChuispastonBot,WikitanvirBot, N501, KLBot2, MetroBot, Gusama Romero, Julioeto2001, Timohap y Anónimos: 96

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