hormigón armado

hormigón m armado

SARRERA DESBERDINA:

Concreto armado

${\displaystyle d,d',X\,}$, son magnitudes geométricas. Respectivamente: el canto útil, el recubrimiento y la profundidad de la línea neutra respecto a la armadura más comprimida del hormigón.
${\displaystyle \sigma _{s1},\sigma _{s2},f_{yd}\,}$ 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.
${\displaystyle U_{s1},U_{s2}\,}$, son las cuantías mecánicas, relacionadas con el área transversal de acero de las armaduras.
${\displaystyle N_{c}(X),M_{c}(X,\cdot )\,}$, 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.
${\displaystyle U_{s2}\,}$, es la cuantía mecánica de armadura de compresión.
${\displaystyle A_{s2}\,}$, es el área total de la armadura de compresión.
${\displaystyle U_{0}=0,85f_{cd}bd_{1}\,}$, es la cuantía mecánica de armadura de compresión.
${\displaystyle d_{1},d_{2}\,}$, distancias desde la armadura más comprimida a la armadura de tracción y a la armadura de compresión.
${\displaystyle b\,}$, ancho de la sección.
La técnica constructiva del hormigón armado o concreto armado consiste en la combinación de dos materiales: el hormigón y el acero corrugado. Estos materiales se combinan con el fin de conformar elementos estructurales como forjados, vigas, pilares, muros y cimientos de distinta entidad, entre otros. Garantizar la adherencia entre estos dos materiales permite que trabajen como uno solo. Para asegurar la adherencia, la mezcla de hormigón recubre en su interior las barras o mallas de acero corrugado, denominadas armaduras. También se puede incluir dentro del hormigón 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, túneles y obras industriales. La utilización de fibras es muy común en la aplicación de hormigón proyectado, especialmente en túneles y obras civiles en general.
La invención del hormigón armado se suele atribuir a Joseph-Louis Lambot, que en 1848 produjo el primer barco de hormigón armado conocido y lo ensayó en el lago de Besse-sur-Issole. El prototipo original se conserva en el museo de Brignoles.^[1]​ Este barco fue patentado el 30 de enero de 1855 y presentado en la Exposición Universal en París ese mismo año. Lambot, también publicó el libro «Les bétons agglomerés appliqués á l'art de construire» (Aplicaciones del hormigón al arte de construir), en donde expone el sistema de construcción.^[2]​ 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 a estas pruebas. Koenen estuvo efectuando cálculos que fueron publicados en un folleto llamado «El sistema Monier, armazones de hierro cubiertos de cemento» y que fue complementado en 1894 por Edmond Coignet y De Tédesco. Este método publicado en Francia agregó además el comportamiento de la 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 material frente al fuego y su resistencia logrando ocasionar un gran auge en Alemania por la seguridad del producto. Fue François Hennebique quien ideó un sistema convincente de hormigón armado, patentado en 1892 y que utilizó en la construcción de una fábrica de hilados en Tourcoing, Lille, en 1895.^[3]​
En España, el hormigón armado comienza su andadura en Lérida de la mano del ingeniero militar Francesc Macià, que diseñó el depósito de agua de Puigverd con la patente del francés Joseph Monier. No obstante, la expansión de esta nueva técnica constructiva se produce 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. En 1898 construye 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,^[4]​ entre los años 1899 y 1900 (aún hoy en pie y rehabilitada como viviendas) y el primer puente de dimensiones considerables, 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).^[5]​ 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.
Hennebique y sus contemporáneos fundamentaron el diseño de sus patentes en resultados experimentales, mediante pruebas de carga. Los primeros aportes teóricos los realizaron prestigiosos investigadores alemanes, tales como Wilhem Ritter, quien desarrolló en 1899 la teoría del «reticulado de Ritter-Mörsch». Los estudios teóricos fundamentales se gestaron durante el primer tercio del siglo XX.
Existen varias características responsables del éxito del hormigón armado:
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. Para resistir adecuadamente esfuerzos de tracción es necesario combinar el hormigón con un esqueleto de acero. Este esqueleto tiene la misión de resistir las tensiones de tracción que aparecen en la estructura, mientras que el hormigón resistirá la compresión (siendo más barato que el acero y ofreciendo propiedades de durabilidad adecuadas).
La adecuada selección de las características del tipo de hormigón y el acero corrugado, además de las dimensiones y cantidades de los materiales permiten controlar el colapso de los elementos estructurales. Por ejemplo, una combinación adecuada de estas variables puede permitir la fluencia del acero y así conferir una mayor ductilidad de manera que se deformen lo suficiente como para ser visible antes del colapso. No obstante, un elemento con demasiado acero corrugado en su interior puede presentar una rotura frágil, pues las barras al no permitir esa cierta ductilidad no presentará signos evidentes de deformación. Es por ello que, en general, las normativas relativas a esta cuestión limitan la cantidad máxima de acero que se puede colocar en los puntos más críticos de las estructuras.
En los elementos lineales alargados, como vigas y pilares, se colocan barras longitudinales de acero, llamadas armado principal o longitudinal. Estas barras de acero se dimensionan de acuerdo a la magnitud del esfuerzo axial y los momentos flectores, mientras que el esfuerzo cortante y el momento torsor condicionan las características de la armadura transversal o secundaria.
La teoría de vigas de Euler-Bernoulli no es adecuada para el cálculo de vigas o pilares de hormigón armado. Los elementos resistentes de estas características presentan un mecanismo resistente más complejo debido a la concurrencia de dos materiales diferentes, hormigón y acero, con módulos de Young muy diferentes. Los momentos de inercia son variables de acuerdo al tamaño de las fisuras de los elementos. Las diferentes propiedades mecánicas de ambos materiales presentes en un elemento de hormigón armado hace que las ecuaciones de equilibrio que enlazan los esfuerzos internos introducidos por las fuerzas y tensiones del hormigón y del acero no sean tan simples como las de secciones homogéneas, que son las usadas en la teoría de Euler-Bernoulli.
En la Instrucción Española del Hormigón Estructural, normativa de obligado cumplimiento en estructuras de hormigón armado en España hasta el año 2021, 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:
${\displaystyle {\begin{cases}N=N_{c}(X)+U_{s1}{\cfrac {\sigma _{s1}(X)}{f_{yd}}}+U_{s2}{\cfrac {\sigma _{s2}(X)}{f_{yd}}}\\Ne_{1}=M_{c}(X,d)+U_{s2}{\cfrac {\sigma _{s2}(X)}{f_{yd}}}(d-d')\\Ne_{2}=M_{c}(X,d')-U_{s1}{\cfrac {\sigma _{s1}(X)}{f_{yd}}}(d-d')\end{cases}},\qquad e_{1}={\frac {d-d'}{2}}+{\frac {M}{N}},\ e_{2}={\frac {d-d'}{2}}-{\frac {M}{N}}}$
Donde:
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 en las funciones anteriores como:
${\displaystyle {\frac {\sigma _{s1}(X)}{f_{yd}}}={\begin{cases}-1&-\infty <X<0,625d\\{\cfrac {5}{3}}{\cfrac {X-d}{X}}&0,625d<X<h\\{\cfrac {X-d}{X-0,4h}}&h<X\end{cases}},\quad {\frac {\sigma _{s2}(X)}{f_{yd}}}={\begin{cases}-1&-\infty <X<-0,5d'\\{\cfrac {2}{3}}{\cfrac {X-d'}{d'}}&-0,5d'<X<2,5d'\\1&2,5d'<X\end{cases}}}$
Por otra parte los esfuerzos soportados por el bloque comprimido de hormigón vienen dados por:
${\displaystyle N_{c}(X)={\begin{cases}0&-\infty <X\leq 0\\0,68f_{cd}bX&0<X\leq 1,25h\\0,85f_{cd}bh&1,25h<X\end{cases}},\quad M_{c}(X,y)={\begin{cases}0&-\infty <X\leq 0\\0,68bX(y-0,4X)&0<X\leq 1,25h\\0,85f_{cd}bh/y-0,5h)&1,25h<X\end{cases}}}$
El problema del dimensionado de secciones se presenta a la hora de determinar la cantidad de acero mínima para garantizar la adecuada resistencia del elemento. Generalmente se busca un abaratamiento del coste, lo que implica considerar varias formas para la sección y el cálculo de las armaduras para cada una de esas secciones posibles, con el fin de establecer un coste orientativo de cada sección.
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 del momento 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:
${\displaystyle U_{s2}={\begin{cases}0&M_{d}<0,375U_{0}d_{1}\\{\frac {M_{d}-0,375U_{0}d_{1}}{d_{1}-d_{2}}}&M_{d}\geq 0,375U_{0}d_{1}\end{cases}},\qquad A_{s2}={\frac {U_{s2}}{f_{yd}}}}$
Donde:
Con las mismas notaciones, la armadura de tracción se calcula como:
${\displaystyle U_{s1}={\begin{cases}U_{0}\left(1-{\sqrt {1-{\frac {2M_{d}}{U_{0}d_{1}}}}}\right)&M_{d}<0,375U_{0}d_{1}\\0,5U_{0}+U_{s2}&M_{d}\geq 0,375U_{0}d\end{cases}},\qquad A_{s1}={\frac {U_{s1}}{f_{yd}}}}$
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.