Hormigón armado

Armadura y estribos antes del hormigonado.

La técnica constructiva del hormigón armado consiste en la utilización de hormigónreforzado con barras o mallas de acero, llamadas armaduras. También es posible armarlocon fibras, tales como fibras plásticas, fibra de vidrio, fibras de acero o combinaciones debarras de acero con fibras dependiendo de los requerimientos a los que estará sometido. Elhormigón armado está en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obrasindustriales. La utilización de fibras es muy común en la aplicación de hormigónproyectado o shotcrete, especialmente en túneles y obras civiles en general.

Historia

Click t

o buy NOW!

PDF-XChange

www.docu-track.com Clic

k to buy N

OW!PDF-XChange

www.docu-track.com

Pilar de un puente de hormigón armado.

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 «lamejora de la construcción de viviendas, almacenes y otros edificios resistentes al fuego».En el 1855 Joseph-Louis Lambot publico el libro «Les bétons agglomerés appliqués á l'artde construire» (Aplicaciones del hormigón al arte de la construcción), en donde patentó susistema de construcción, expuesto en la exposición mundial en París, el año 1854, el cualconsistía en una lancha de remos fabricada de hormigón armado con alambres. FrançoisCoignet en 1861 ideó la aplicación en estructuras como techos, paredes, bóvedas y tubos. Asu vez el francés Joseph Monier patentó varios métodos en la década de 1860. Muchas deestas patentes fueron obtenidas por G.A. Wayss en 1866 de las empresas Freytag undHeidschuch y Martenstein, fundando una empresa de hormigón armado, en donde serealizaban pruebas para ver el comportamiento resistente del hormigón, asistiendo elarquitecto prusiano Matthias Koenen en estas pruebas, efectuando cálculos que fueronpublicados en un folleto llamado «El sistema Monier, armazones de hierro cubiertos encemento». Que fue complementado en 1894 por Edmond Coignet y De Tédesco, métodopublicado en Francia agregando el comportamiento de elasticidad del hormigón comofactor en los ensayos, estos cálculos fueron confirmados por otros ensayos realizados porEberhard G. Neumann en 1890. Bauschinger y Bach comprobaron las propiedades delelemento frente al fuego y su resistencia logrando ocasionar un gran auge, por la seguridaddel producto en Alemania. Fue François Hennebique quien ideó un sistema convincente dehormigón armado, patentado en 1892, que utilizó en la construcción de una fábrica dehilados en Tourcoing, Lille, en 1895.[1]

En España, el hormigón armado penetra en Cataluña de la mano del ingeniero FrancescMacià con la patente del francés Joseph Monier. Pero la expansión de la nueva técnica seproducirá por el empuje comercial de François Hennebique por medio de su concesionarioen San Sebastián Miguel Salaverría y del ingeniero José Eugenio Ribera, entoncesdestinado en Asturias, que en 1898 construirá los forjados de la cárcel de Oviedo, el tablerodel puente de Ciaño y el depósito de aguas de Llanes. El primer edificio de entidadconstruido 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, conarcos de 35 metros de luz, el levantado sobre el Nervión-Ibaizabal en La Peña, para el pasodel tranvía de Arratia entre Bilbao y Arrigorriaga (desaparecido en las riadas del año1983).[3] Ninguna de las dos obras fue dirigida por Ribera, quien pronto se independizó dela 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 diseño de sus patentes en resultadosexperimentales, mediante pruebas de carga; los primeros aportes teóricos los realizanprestigiosos investigadores alemanes, tales como Wilhem Ritter, quien desarrolla en 1899la teoría del «Reticulado de Ritter-Mörsch». Los estudios teóricos fundamentales segestarán en el siglo XX. Existen varias características responsables del éxito del hormigónarmado:

Click t

o buy NOW!

PDF-XChange

www.docu-track.com Clic

k to buy N

OW!PDF-XChange

www.docu-track.com

El coeficiente de dilatación del hormigón es similar al del acero, siendodespreciables 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 resaltesen su superficie, llamadas corrugas o trefilado, que favorecen la adherencia físicacon el hormigón.Por último, el pH alcalino del cemento produce la pasivación del acero, fenómenoque ayuda a protegerlo de la corrosión.El hormigón que rodea a las barras de acero genera un fenómeno de confinamientoque impide su pandeo, optimizando su empleo estructural.

Cálculo de elementos de hormigón

Fundamento

El hormigón en masa es un material moldeable y con buenas propiedades mecánicas y dedurabilidad, y aunque resiste tensiones y esfuerzos de compresión apreciables tiene unaresistencia a la tracción muy reducida. Por eso se usa combinado con acero, que cumple lamisión de resistir las tensiones de tracción que aparecen en la estructura.

En los elementos lineales alargados, como vigas y pilares las barras longitudinales,llamadas armado principal o longitudinal. Estas barras de acero se dimensionan de acuerdoa la magnitud del esfuerzo axial y los momentos flectores, mientras que el esfuerzo cortantey el momento torsor condicionan las características de la armadura transversal o secundaria.

Cálculo vigas y pilares de hormigón armado

La simple teoría de vigas de Euler-Bernoulli no es adecuada para el cálculo de vigas opilares de hormigón armado. Los elementos resistentes de hormigón armado presentan unmecanismo resistente más complejo debido a la concurrencia de dos materiales diferentes,hormigón y acero, con módulos de Young muy diferentes. Las diferentes propiedadesmecánicas de hormigón y acero implican que en un elemento de hormigón armado latensión mecánica de las armaduras y el hormigón en contacto con ellas sean diferentes, esehecho hace que las ecuaciones de equilibrio que enlazan los esfuerzos internos inducidospor las fuerzas y tensiones en hormigón y acero no sean tan simples como las de seccioneshomogéneas, usadas en la teoría de Euler-Bernouilli.

La Instrucción Española del Hormigón Estructural las ecuaciones de equilibrio mecánicopara el esfuerzo axil N y el momento flector M de una sección rectangular pueden escribirsede forma muy aproximada como:

Click t

o buy NOW!

PDF-XChange

www.docu-track.com Clic

k to buy N

OW!PDF-XChange

www.docu-track.com

Donde:

, son magnitudes geométricas. Respectivamente: el canto útil, elrecubrimiento y la profundidad de la fibra neutra respecto a la fibra máscomprimida del hormigón.

son respectivamente la "tensión de la armadura de tracción" (omenos comprimida) la "armadura de compresión" (o más comprimida) y la tensiónde diseño del acero de las armaduras.

, son las cuantías mecánicas, relacionadas con el área transversal de acerode las armaduras.

, son el esfuerzo axil y el momento flector resultantes de lastensiones de compresión en el hormigón, en función de la posición de la líneaneutra.

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 decompresión se pueden expresar las funciones anteriores como:

Por otra parte los esfuerzos soportados por el bloque comprimido de hormigón vienendados por:

Click t

o buy NOW!

PDF-XChange

www.docu-track.com Clic

k to buy N

OW!PDF-XChange

www.docu-track.com

Dimensionado de secciones

El problema del dimensionado de secciones se refiere a dadas unas cargas y unasdimensiones geométricas de la sección determinar la cantidad de acero mínima paragarantizar la adecuada resistencia del elemento. La minimización del coste generalmenteimplica considerar varias formas para la sección y el cálculo de las armaduras para cadauna de esas secciones posibles, para calcular el coste orientativo de cada posible solución.

Una viga sección de una viga sometida a flexión simple, requiere obligatoriamente unaarmadura (conjunto de barras) de tracción colocada en la parte traccionada de la sección, ydependiendo del momento flector puede requerir también una armadura en la partecomprimida. El área de ambas armaduras de una sección rectangular puede calcularseaproximadamente 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:

Click t

o buy NOW!

PDF-XChange

www.docu-track.com Clic

k to buy N

OW!PDF-XChange

www.docu-track.com