Definicion Del Hormigon Armado

DEFINICION DEL HORMIGON ARMADO Una estructura de hormigón armado está formada : de hormigón (cemento portland, arena y pedregullo o canto rodado) y de una armadura metálica, que consta de hierros redondos, la que se coloca donde la estructura - debido a la carga que soporta - está expuesta a esfuerzos de tracción . En cambio, se deja el hormigón solo, sin armadura metálica, donde este sufre esfuerzos de compresión . Tal disposición de los dos materiales (hormigón y hierro) está basado en el hecho de que el hormigón resiste de por sí muy bien a la compresión (hasta 50 Kg. por cm², siendo que el hierro presenta una gran resistencia a la tracción, de I000 a 1200 Kg. por cm: y más).

Viga o losa simplemente apoyada. Veamos como se comporta una pieza prismática AB (fig. 1), sometida a una-carga P y asentada libremente sobré dos apoyos. Debido a la acción de la carga, la pieza flexiona, se deforma, se curva y toma la posición indicada t p con líneas punteadas.

Fi g. 1 Observando la nueva posición de la pieza, notamos que su plano inferior AB sufrió un alargamiento y sus fibras resultan estiradas, debido a la tracción que se desarrolla en esa parte de la pieza. En cambio, el plano superior DE se acortó. Sus fibras resultan comprimidas por desarrollarse ahí esfuerzos de compresión . Si tomamos una sección normal (a) se ve que la flexión originó su giro relativo y ella tomó la posición (a'), teniendo como centro de giro el punto (o) y la sucesión de estos puntos dará una línea (mn), llamada eje neutro -fibra neutra - exenta de tensiones, quedando así la pieza dividida en dos zonas , una superior, expuesta a la compresión y la otra inferior, sujeta a la tracción. La recta AB (fig. 2) es la sección transversal de una pieza de hormigón. La línea EE' limita las tensiones (representada linealmente en escala) originadas en el material, bajo la acción de las fuerzas exteriores que actúan sobre la pieza. Las ordenadas de la línea EE', con respecto a la sección AB, son proporcionales a las intensidades de las compresiones y tracciones que se desarrollan en el material. Nótese qua las ordenadas, representativas de las tensiones, van aumentando a medida que se alejan del eje neutro y resultan proporcionales a la distancia a tal eje. Las áreas AOE y BOE' son diagramas representativos de los esfuerzos de Compresión y de Tracción respectivamente, cuyas resultantes pasan por los centros de gravedad.

Fig. 2 Para que haya equilibrio , ambas tensiones deben ser iguales entre si (C = T) y, como son paralelas y de sentido contrario, forman una cupla cuyo brazo de palanca es (z) - brazo elástico . Las tensiones de compresión van disminuyendo gradualmente desde la arista superior - donde ellas son máximas , - hasta el eje neutro, donde se anulan. Las de viga o losa, tensiones de tracción van aumentando gradualmente desde el eje neutro hasta la arista inferior, donde ellas son máximas. Si se construye la pieza de hormigón solamente, esta se agrietaría en su cara inferior y hasta se rompería por causa de los esfuerzos de tracción , - por el hecho de que el hormigón opone una resistencia insignificante a esta clase de esfuerzos. Para evitar t,ales grietas o rutura se colocan, en la parte inferior de la pieza, harras redondas de hierro, cuya misión es contrarrestar y absorber estos esfuerzos de tracción. En cambio, en la parte superior, donde se, originan solamente tensiones de compresión, no se colocan hierros, ya nue el h ormi~on ofrPc:e una resistencia muy considerable a la compresión.

Fig.3 La viga o losa quedaría construida en la forma indicada en la fig. 3 y así formaremos una pieza rígida, en la cual las tensiones de compresión serán absorbidas por el hormigón y las de tracción por 1a armadura metálica. A medida que esta última va aumentando en su cuantía, la resistencia unitaria global del hormigón armado va creciendo aproximadamente en la siguiente forma: Cuantía de la armadura metálica c= Resistencia global del hormigón armado en

0%

0.25

0.5

0.75

1

1.25

1.5%

30

40

75

110

145

175

210

Kg./ cm² El porcentaje de la armadura metálica ó su cuantía (c) está expresado con respecto a la sección del prisma de hormigón.

(Fig..3)

Características estructurales La principal característica estructural del hormigón es resistir muy bien los esfuerzos de compresión. Sin embargo, tanto su resistencia a tracción como al esfuerzo cortante son relativamente bajas, por lo cual se debe utilizar en situaciones donde las solicitaciones  por tracción o cortante sean muy bajas. Para superar este inconveniente, se "arma" el hormigón introduciendo barras de acero, conocido como hormigón armado, o concreto reforzado, permitiendo soportar los esfuerzos cortantes y de tracción con las barras de acero. Es usual, además, disponer   barras de acero reforzando zonas o elementos fundamentalmente comprimidos, como es el caso de los pilares. Los intentos de compensar las deficiencias del hormigón a tracción y cortante originaron el desarrollo de una nueva técnica constructiva a principios del siglo XX, la del hormigón armado. Posteriormente se investigó la conveniencia de introducir tensiones en el acero de manera deliberada y previa al fraguado del hormigón de la pieza estructural, desarrollándose las técnicas del hormigón pretensado y el hormigón postensado. Así, introduciendo antes del fraguado alambres de alta resistencia tensados en el hormigón, este queda comprimido al fraguar, con lo cual las tracciones que surgirían para resistir las acciones externas, se convierten en descompresiones de las partes previamente comprimidas, resultando muy ventajoso en muchos casos. Para el pretensado se utilizan aceros de muy alto límite elástico, dado que el fenómeno denominado fluencia lenta anularía las ventajas del pretensado. Los aditivos permiten obtener hormigones de alta resistencia; la inclusión de monómeros y adiciones para hormigón aportan múltiples mejoras en las propiedades del hormigón. Cuando se proyecta un elemento de hormigón armado se establecen las dimensiones, el tipo de hormigón, la cantidad, calidad, aditivos, adiciones y disposición del acero que hay que aportar en función los esfuerzos que deberá resistir cada elemento. Un diseño racional, la adecuada dosificación, mezcla, colocación, consolidación, acabado y curado, hacen del hormigón un material idóneo para ser utilizado en construcción, por  ser resistente, durable, incombustible, casi impermeable, y requerir escaso

mantenimiento. Como puede ser moldeado fácilmente en amplia variedad de formas y adquirir variadas texturas y colores, se utiliza en multitud de aplicaciones. Características físicas del hormigón Las principales características físicas del hormigón, en valores aproximados, son: • •

•

•

•

•

Densidad: en torno a 2.350 kg/m3 Resistencia a compresión: de 150 a 500 kg/cm2 (15 a 50 MPa) para el hormigón ordinario. Existen hormigones especiales de alta resistencia que a lcanzan hasta 2.000 kg/cm2 (200 MPa). Resistencia a tracción: proporcionalmente baja, es del orden de un décimo de la resistencia a compresión y, generalmente, poco significativa en el cálculo global. Tiempo de fraguado: dos horas, aproximadamente, variando en función de la temperatura y la humedad del ambiente exterior. Tiempo de endurecimiento: progresivo, dependiendo de la temperatura, humedad y otros parámetros. De 24 a 48 horas, adquiere la mitad de la resistencia máxima; en una o semana 3/4 partes, y en 4 semanas prácticamente la resistencia total de cálculo. Dado que el hormigón se dilata y contrae en magnitudes semejantes al acero, pues tienen parecido coeficiente de dilatación térmico, resulta muy útil su uso simultáneo en obras de construcción; además, el hormigón protege al acero de la oxidación al recubrirlo.

[editar] Fraguado y endurecimiento

Diagrama indicativo de la resistencia (en %) que adquiere el hormigón a los 14, 28, 42 y 56 días. La pasta del hormigón se forma mezclando cemento artificial y agua debiendo embeber  totalmente a los áridos. La principal cualidad de esta pasta es que fragua y endurece  progresivamente, tanto al aire como bajo el agua.9 El proceso de fraguado y endurecimiento es el resultado de reacciones químicas de hidratación entre los componentes del cemento. La fase inicial de hidratación se llama fraguado y se caracteriza por el paso de la pasta del estado fluido al estado sólido. Esto se

observa de forma sencilla por simple presión co n un dedo sobre la superficie del hormigón. Posteriormente continúan las reacciones de hidratación alcanzando a todos los constituyentes del cemento que provocan el endurecimiento de la masa y que se caracteriza por un progresivo desarrollo de resistencias mecánicas.9 El fraguado y endurecimiento no son más que dos estados separados convencionalmente; en realidad solo hay un único proceso de hidratación continuo.9 En el cemento portland, el más frecuente empleado en los hormigones, el primer  componente en reaccionar es el aluminato tricálcico con una duración rápida y corta (hasta 7-28 días). Después el silicato tricálcico, con una aportación inicial importante y continua durante bastante tiempo. A continuación el silicato bicálcico con una aportación inicial débil y muy importante a partir de los 28 días.9 El fenómeno físico de endurecimiento no tiene fases definidas. El cemento está en polvo y sus partículas o granos se hidratan progresivamente, inicialmente por contacto del agua con la superficie de los granos, formándose algunos compuestos cristalinos y una gran  parte de compuestos microcristalinos asimilables a coloides que forman u na película en la superficie del grano. A partir de entonces el endurecimiento continua dominado por estas estructuras coloidales que envuelven los granos del cemento y a través de las cuales  progresa la hidratación hasta el núcleo del grano.9 El hecho de que pueda regularse la velocidad con que el cemento amasado pierde su fluidez y se endurece, lo hace un producto muy útil en construcción. Una reacción rápida de hidratación y endurecimiento dificultaría su transporte y una cómoda puesta en obra rellenando todos los huecos en los encofrados. Una reacción lenta aplazaría de forma importante el desarrollo de resistencias mecánicas. En las fábricas de cemento se consigue controlando la cantidad de yeso que se añade al clinker de cemento. En la planta de hormigón, donde se mezcla la pasta de cemento y agua con los áridos, también se  pueden añadir productos que regulan el tiempo de fraguado.9 En condiciones normales un hormigón portland normal comienza a fraguar entre 30 y 45 minutos después de que ha quedado en reposo en los moldes y termina el fraguado trascurridas sobre 10 ó 12 horas. Después comienza el endurecimiento que lleva un ritmo rápido en los primeros días hasta llegar al primer mes, para después aumentar más lentamente hasta llegar al año donde prácticamente se estabiliza.10 En el cuadro siguiente se observa la evolución de la resistencia a compresión de un hormigón tomando como unidad la resistencia a 28 días, siendo cifras orientativas:11

Evolución de la Resistencia a compresión de un Hormigón Portland normal Edad del hormigón en días

3

7

28

90

360

Resistencia a compresión

0,40

0,65

1,00

1,20

1,35

[editar] Resistencia

Para comprobar que el hormigón colocado en obra tiene la resistencia requerida se rellenan con el mismo hormigón unos moldes cilíndricos normalizados y se calcula su resistencia en un laboratorio realizando ensayos de rotura a compresión. En el proyecto previo de los elementos, la Resistencia característica ( f ck ) del hormigón es aquella que se adopta en todos los cálculos como resistencia a compresión del mismo, y dando por hecho que el hormigón que se ejecutará resistirá ese valor se dimensionan las medidas de todos los elementos estructurales.12 La Resistencia característica de proyecto ( f ck ) establece por tanto el límite inferior, debiendo cumplirse que cada amasada de hormigón colocada tenga esa resistencia como mínimo. En la práctica, en la obra se realizan ensayos estadísticos de resistencias de los hormigones que se colocan y el 95% de los mismos debe ser superior a f ck , considerándose que con el nivel actual de la tecnología del hormigón, una fracción defectuosa del 5% es perfectamente aceptable. La resistencia del hormigón a compresión se obtiene en ensayos de rotura a compresión de probetas cilíndricas normalizadas realizados a los 28 días de edad y fabricadas con las mismas amasadas puestas en obra.12 La Instrucción española (EHE) recomienda utilizar  la siguiente serie de resistencias características a compresión a 28 días (medidas en  Newton/mm²): 20; 25; 30, 35; 40; 45 y 50.12 Por ello, las Plantas de fabricación de hormigón suministran habitualmente hormigones que garantizan estas resistencias.

Ensayo de consistencia en hormigón fresco mediante el Cono de Abrams que mide el asiento que se produce en una forma troncocónica normalizada cuando se desmoldea.

[editar] Consistencia del hormigón fresco

La consistencia es la mayor o menor facilidad que tiene el hormigón fresco para deformarse y consiguientemente para ocupar todos los huecos del molde o encofrado. Influyen en ella distintos factores, especialmente la cantidad de agua de amasado, pero también el tamaño máximo del árido, la forma de los áridos y su granulometría.13 La consistencia se fija antes de la puesta en obra, analizando cual es la más adecuada para la colocación según los medios que se dispone de compactación. Se trata de un parámetro fundamental en el hormigón fresco. Entre los ensayos que existen para determinar la consistencia, el más empleado es el cono de Abrams. Consiste en llenar con hormigón fresco un molde troncocónico de 30 cm de altura. La pérdida de altura que se produce cuando se retira el molde, es la medida que define la consistencia.13 Los hormigones se clasifican por su consistencia en secos, plásticos, blandos y fluidos tal como se indica en la tabla siguiente:14

Consistencia de los hormigones frescos Consistencia Asiento en cono de Abrams (cm)

Compactación

Seca

0-2

Vibrado

Plástica

3-5

Vibrado

Blanda

6-9

Picado con barra

Fluida

10-15

Picado con barra

Líquida

16-20

Picado con barra

[editar] Durabilidad

Las presas de hormigón son una tipología habitual en la construcción de embalses. En las imágenes la presa de Hoover construida en EE.UU. en 1936 y la de Atazar en España de 1972. Ambas diseñadas con forma  parabólica para optimizar la capacidad de soportar esfuerzos a compresión del hormigón.

Se define en la Instrucción española EHE, la durabilidad del hormigón como la capacidad  para comportarse satisfactoriamente frente a las acciones físicas y químicas agresivas a lo

largo de la vida útil de la estructura protegiendo también las armaduras y elementos metálicos embebidos en su interior.15 Por tanto no solo hay que considerar los efectos provocados por las cargas y solicitaciones, sino también las condiciones físicas y químicas a las que se expone. Por  ello se considera el tipo de ambiente en que se va a encontrar la estructura y que puede afectar a la corrosión de las armaduras, ambientes químicos agresivos, zonas afectadas  por ciclos de hielo-deshielo, etc.15 Para garantizar la durabilidad del hormigón y la protección de las armaduras frente a la corrosión es importante realizar un hormigón con una permeabilidad reducida, realizando una mezcla con una relación agua/cemento baja, una compactación idónea, un peso en cemento adecuado y la hidratación suficiente de éste añadiendo agua de curado para completarlo. De esta forma se consigue que haya los menos poros posibles y una red capilar interna poco comunicada y así se reducen los ataques al hormigón.15 En los casos de existencia de sulfatos en el terreno o de agua de mar se deben emplear  cementos especiales. Para prevenir la corrosión de armaduras hay que cuidar el recubrimiento mínimo de las mismas.15 Las principales Propiedades Generales que afectan al Hormigón Fresco son: •

Trabajabilidad

Es la facilidad con la que puede distribuirse el Hormigón dentro de los encofrados. Debe tener la necesaria consistencia , para lo cual afectarán: la cantidad de agua, la forma y medida de los áridos, la cantidad de Cemento, la existencia de aditivos, y la presencia de cenizas. También la correspondiente cohesión, que es la resistencia del material a segregarse. •

Homogeneidad

Se dice del material que tiene las mismas propiedades en todos los puntos. En el Hormigón se consigue mediante un buen amasado. Y las que afectan al Hormigón Endurecido : •

Densidad

Es la cantidad de peso por unidad de volumen ( densidad=peso/volumen) Variará con la clase de áridos y con la forma de colocación en obra. La densidad de los Hormigones Ligeros oscilará entre los 200 y los 1500 kg/m3.

En los Hormigones Ordinarios : Apisonados: 2000 a 2200 kg/m3 Vibrados: 2300 a 2400 kg/m3 Centrifugados: 2.400 a 2500 kg/m3 Proyectados 2500 a 2600 kg/m3 Los Hormigones Pesados pueden alcanzar los 4000 kg/m3. Este tipo de Hormigón es el utilizado para construir pantallas de protección contra las radiaciones. •

Resistencia Mecánica

Es la capacidad que tiene el Hormigón para soportar las cargas que se apliquen sin agrietarse o romperse. Es diferente según el tipo de esfuerzos de que se trate: su resistencia a la compresión es unas diez veces mayor que su resistencia a la tracción. Esta baja resistencia a la tracción es la que llevó a incorporar varillas de Hierro o Acero al Hormigón , para conformar el Hormigón Armado. •

Durabilidad

Es la capacidad para resistir el paso del tiempo. •

Porosidad

La porosidad se considera la proporción de huecos respecto de la masa total. Influye en la resistencia, la densidad , y la permeabilidad del Hormigón. •

Permeabilidad

Es la capacidad de un un material de ser atravesado por líquidos o gases. La impermeabilidad del Hormigón es importante para su resistencia a los ataques químicos. Esta impermeabilidad depende en parte del exceso de agua en el amasado y del posterior  curado del Hormigón .