Hormigón Armado

Desde el punto de vista de la mecánica -rama de la física-, la teoría del hormigón armado se funda, básicamente, en la distribución de dos tipos de tensiones unitarias, compresión y tracción, producidas en las estructuras, entre dos materiales de construcción, respectivamente hormigón y acero que, a pesar de su naturaleza esencialmente distinta, actúan en forma perfectamente combinada y solidaria.

La factibilidad del trabajo conjunto y selectivo, de dos materiales tan disímiles, se debe principalmente a sus dos propiedades fundamentales: ambos tienen el mismo coeficiente de dilatación por temperatura, y el cemento posee una gran capacidad de adherencia al acero.

A la vez, dado que el hormigón debe rodear completamente al acero para que se verifique la total adherencia del mismo, esa propia disposición constructiva necesaria garantiza la protección del acero contra la corrosión.

En el mencionado esquema de la mecánica, la adecuación de esfuerzos se produce dado que el hormigón se diseña ubicado para absorber los esfuerzos de compresión para lo cual es apto, y el acero para los de tracción (en algunos casos el acero comparte con el hormigón los esfuerzos de tracción).

PRINCIPIOS BASICOS DEL HORMIGON ARMADO

I) Esfuerzos de flexión:

En Fig. 1 observamos una barra de cualquier material homogéneo y suficientemente elástico, sostenida por dos apoyos: A y B.

En la Fig. 2 vemos la misma barra cargada con una fuerza P y flexionada por efecto de dicha fuerza. La línea central a (línea neutra), se curva pero mantiene su longitud; la línea correspondiente al borde superior, b, es más corta (se ha comprimido); y la línea correspondiente al borde inferior, c, es más larga (se ha estirado, ha sufrido tracción).

En la Fig. 3 se observa una barra en reposo (sin fuerzas que actúen sobre ella) de la misma dimensión que las de las figuras anteriores, pero de hormigón armado, donde el acero se ha colocado en el lugar apropiado para soportar los esfuerzos de tracción.

Con esa disposición queda para el hormigón la misión tanto de soportar los esfuerzos de compresión, por encima de la línea neutra (ver Fig. 4, superficie rayada d), como para rodear al acero a fin de posibilitar su adherencia y evitar su oxidación, en la zona bajo la línea neutra, como se observa indicado con e en la Fig. 4.

Las losas no son más que vigas muy anchas y se arman de la misma manera, como se ve en Fig. 5, donde se presenta el ejemplo de una losa apoyada sobre dos paredes.

Cuando la losa se llena (se hormigona) junto a dos vigas de hormigón sobre las que se apoya, como en Fig. 6, se aprovecha como superficie de compresión de la viga (mencionada en Fig. 4 como zona rayada d), al hormigón de las losas que sostiene, como vemos en la Fig. 7 (zona rayada f), y en Fig. 8 que es el caso de una losa pasante. De esta manera se logra el máximo aprovechamiento del hormigón.

 II) Voladizos:

Cuando en una viga o en una losa se da el caso de un voladizo (balcón) como en la Fig. 9, que es flexionada por una fuerza P, como en Fig. 10, ocurre exactamente lo contrario de lo que vimos en la viga Fig 2, pues el borde superior, g, es el que ahora se alarga (tracción) y el inferior, h, es el que se acorta (comprime), quedando sin modificación de longitud la línea neutra, i.

Fig 2

En este caso típico de balcones, la armadura de acero, como se deduce, debe ir en la parte superior, como se observa en Fig. 11.

 III) Distribución de esfuerzos de flexión:

Si a nuestra viga cargada con la fuerza P, de la Fig 2, la cortamos como en Fig 12, podemos suplantar - en sentido figurado - la mitad de la derecha de la viga, con nuestras manos, empujando con la de arriba y tirando con la de abajo, como vemos en Fig. 13.

Si el corte de la viga está más cerca del apoyo, como en Fig. 14, podremos intuir que la fuerza que deberemos hacer con ambas manos es menor, pues el largo del trozo de viga a sostener es también menor. Esto quiere decir que el esfuerzo de flexión es máximo en el centro de la luz de la viga y disminuye hacia los extremos.Como consecuencia, de la cantidad de acero que preveímos para el centro de la viga, parte está sobrando cuando se llega al apoyo.

 IV) Esfuerzos tangenciales:

Si insistimos en incrementar la fuerza P en la viga de Fig. 2, se producirán fisuras y roturas como las de la Fig. 15, donde las señaladas con j ya fueron solucionadas con el acero que colocamos en Fig. 3, pero las indicadas con k en Fig. 15, deberán ser soportadas también con aceros, doblando en forma inclinada hacia arriba (Fig. 16) los que, como vimos en el final del punto III, nos sobran de la flexión en los extremos de la viga, y con estribos (Fig. 17).

Fig. 3

De este modo las posibles fisuras indicadas con en Fig. 18, producidas por los llamados "esfuerzos tangenciales", quedan absorbidas por el acero (acero doblado y estribos), como se ve en la misma Fig. 18.

En la Fig. 17 observamos en la parte superior de la viga, 2 hierros indicados con m, llamados "perchas", que están al solo efecto de sostener los estribos y no cumplen ninguna función de soportar esfuerzos.

Las losas también llevan parte de sus hierros doblados hacia arriba cuando llegan a los apoyos con el fin de absorber los esfuerzos tangenciales, pero no requieren de estribos pues en ellas los esfuerzos tangenciales no son tan importantes como en las vigas.

V) Vigas continuas:

Cuando una losa o una viga es continua sobre varios apoyos, como en Fig.19, se produce la deformación que se observa en Fig. 20, donde, en base a lo que vimos anteriormente deduciremos que las zonas que se estiran (tracción) y necesitan aceros, son las indicadas con una línea gruesa, y las que se comprimen, son las zonas rayadas opuestas a las anteriores.

Por eso, la forma final de armar una viga de hormigón, es la de la Fig. 21, donde el acero va ocupando las distintas posiciones arriba o abajo requeridas, aprovechándose los tramos inclinados del cambio de posición, para absorber los "esfuerzos tangenciales".

VI) Estática y resistencia de materiales:

Volviendo a la Fig. 2, y si para poder estudiar las fuerzas exteriores hacemos abstracción de la capacidad de flexionar de la barra (viga) y la consideramos rígida, tendremos el esquema de la Fig. 22 donde es fácil llegar a la conclusión que la reacción A o la B valen la mitad de P.

Si suponemos la viga cortada en el centro y la fuerza P dividida en dos como en Fig. 23, veremos en Fig. 24 que se produce un "par de fuerzas" (recordar palanca en Física) cuyo "Momento" es = P/2 x a, ó A x a, equivalente a una palanca como en Fig. 25 cuyo Momento es: M = A x a, que es el momento con respecto al punto b. Este es el ámbito de la "Estática" o de las fuerzas exteriores.

Si volvemos a la Fig. 13 y reemplazamos las manos por un "par de fuerzas" como en Fig. 26, tendremos también el momento del "par" que será: M = Z x c ó W x c. Este es el ámbito de la "Resistencia de Materiales" o fuerzas interiores.

El objetivo del cálculo de resistencia del hormigón armado, es que los momentos de las fuerzas interiores equilibren a los momentos de las fuerzas exteriores.

Si volvemos al "corte transversal" de la Fig. 4 y lo reproducimos en perspectiva como en la Fig. 27, veremos que el par de fuerzas de Fig. 26 está formado por el esfuerzo de compresión del hormigón, H, y el de tracción del acero, A, y que ambas fuerzas son iguales, y que, como dijimos, el momento de su "par" debe equilibrar el momento de las fuerzas exteriores de Fig. 25.

Si ambas fuerzas de Fig. 27 son iguales, el motivo por el cual la superficie del hormigón a compresión (rayada) es muy superior a la del acero (los 3 puntitos), es que la resistencia unitaria del acero (Kg/cm2) es 15 veces superior a la del hormigón. Entonces, mayor superficie por menor resistencia unitaria (= H) es igual a menor superficie por mayor resistencia unitaria (= A). Como vimos H = A.

VII) Columnas:

En la Fig. 28 observamos una columna que soporta el peso de una fuerza P; los 4 puntos en las esquinas representan al acero, y la superficie rayada al hormigón. Toda la carga P se distribuye entre las superficies de ambos materiales, resistiendo cada superficie en proporción a su resistencia unitaria. La proporción de la superficie del acero respecto de la del hormigón, está reglamentada dentro de ciertos límites prefijados.

En la Fig. 29 se observa la armadura de acero solamente, con sus estribos que tienen por objeto confinar el hormigón, y evitar que se alabeen los fierros verticales cuando actúa la fuerza P.

Si la columna es esbelta, va a flexionar lateralmente (efecto de pandeo Fig. 30) mucho antes de que las resistencias unitarias lleguen a su máximo. En estos casos, los reglamentos establecen que la superficie de la sección necesaria de la columna debe calcularse con una fuerza P incrementada ficticiamente en proporción a su esbeltez -según se establece en tablas apropiadas-, a fin de evitar el efecto del pandeo.

VIII) Bases:

Al llegar las columnas a la tierra firme, se deben trasladar las cargas que soportaba la sección (superficie) de la columna, a un material (tierra) de una resistencia unitaria mucho menor. Como consecuencia, la superficie de tierra que debe soportar a aquella fuerza P debe ser mucho mayor que la superficie de hormigón y acero de la sección de la columna. Por ello las bases toman la forma de la Fig. 31.

Como vemos en la Fig. 32, las bases son planas, pero, siguiendo nuestra modalidad, hemos esquematizado en Fig. 33 la base bajo el efecto de la carga P y también las pequeñas reacciones de la tierra en forma de múltiples pequeñas flechas, que son las que producen las deformaciones por flexión que se observan, por lo que la armadura de acero se coloca en la parte inferior (tracción) como se indica en la Fig. 34, formando una malla cruzada en ambas direcciones.

En la Fig. 35, se ha completado la misma base anterior con los fierros de la columna (y con sus estribos), que llegan hasta los fierros de la base.

LOS PLANOS DE ESTRUCTURAS

Explicar: P 201, V201, V202 INV, Muro 201, L 201, L 202, Cad 25/20

Abreviaturas usuales:

V VigasL LosasP PilaresCad CadenaE EstriboE.D. Estribos doblesD. M. Doble mallaFe Barra de aceroØ DiámetroV Ø VerticalH Ø HorizontalV INV Viga Invertida

Al lado del número de las vigas y cadenas se indican sus dimensiones en centímetros, colocando primero el ancho y luego el alto.Cad 25/20

En las losas aparece debajo del número, dentro del círculo, el espesor en centímetros.

En los pilares se ponen también sus dimensiones al lado del número.P201 25/90.

Cortes transversales mostrando desarrollo de los estribos

Vigas altas se agregan barras de repartición

Losa cruzada, son necesarios dos cortes

CUBICACIÓN

Se entiende por CUBICACIÓN aquella actividad destinada a determinar las cantidades de las partes constituyentes de una obra de edificación y todas sus componentes

Las consideraciones al cubicar tienen como referencia principal la NORMA CHILENA DE CUBICACIONES.

NCh353.Of2000

NOMENCLATURA DE ENFIERRADURA EN PLANOS

F ø8 @ 22 s

F = Fierro

Ø8 = Diámetro 8 mm

@ 22 = separados a 22 cm desde el eje

s = superior disposición entre fierros

NOMENCLATURA DE ENFIERRADURA ENPLANOS

NOMENCLATURA DE ENFIERRADURA ENPLANOS

REPARTICIONES en enfierraduras delosas de HORMIGÓN ARMADO

Un elemento estructural empotrado en ambos extremos, está sometido a esfuerzos de flexión como los que se ven en la figura:

REPARTICIONES en enfierraduras delosas de HORMIGÓN ARMADO

Para que este elemento estructural (como una losa) pueda resistir este tipo de solicitaciones en sus extremos (apoyadas sobre muros o vigas), se dispone la armadura como se muestra en la figura:

REPARTICIONES en enfierraduras delosas de HORMIGÓN ARMADO

Al hormigonar el elemento, el peso del hormigón fresco puede mover o incluso doblar esta parte de la enfierradura.

Para mantener la armadura fija se instalan las reparticiones. Estas deben estar firmemente sujetas en sus extremos, lo que se logra amarrándolas a los muros o vigas de los extremos de las losas.

REPARTICIONES en enfierraduras delosas de HORMIGÓN ARMADO

REPARTICIONES en enfierraduras delosas de HORMIGÓN ARMADO

Considerando su objetivo, éstas deben instalarse en aquellas zonas donde la enfierradura no esté debidamente fijada (generalmente fierros de zona superior de losa).

Se disponen de forma perpendicular al fierro superior

ENFIERRADURAS - CUBICACIÓN

Se cubican en kg, separándolas según sus diferentes diámetros.

Para calcular el total de kg. se considera el largo total de enfierradura (de un tipo de diámetro) y se multiplica por el peso nominal del diámetro correspondiente.

PESO (kg) = LARGO TOTAL (m) * PESO NOMINAL (kg/m)

ENFIERRADURAS - CUBICACIÓN

Según la norma chilena NCh 204 Of77, los pesos nominales respectivos para los diferentes diámetros de los aceros son:

ENFIERRADURAS - CUBICACIÓN

Se debe considerar al término de la cubicación de enfierradura, un 5% extra por pérdidas a causa de despuntes y trabas.

Cubicación de enfierradura de la losa que se muestra a continuación, considerando como repartición F’ ø8 @ 20:

Diapo 23Diapo 10

Diapo. 15Diapo. 13Diapo. 11