INTRODUCCION

La adherencia es el principio básico del funcionamiento del hormigón

armado como material estructural mediante la cual se transmiten los esfuerzos

de tracción entre sus materiales constitutivos. Una de las hipótesis básicas a

considerar en el cálculo de estructuras de hormigón es suponer que se produce

la misma deformación para el hormigón y el acero, admitiendo por lo tanto que

la adherencia entre ambos materiales es perfecta. Sin embargo, algunas

circunstancias que se producen durante las diferentes fases del proceso

constructivo, del período de utilización o de mantenimiento, pueden llegar a

deteriorar los mecanismos de transferencia de tensiones entre las armaduras y

el hormigón y disminuir la capacidad portante y las condiciones de seguridad

de las estructuras en servicio.

La investigación que se desarrolla en este trabajo introduce aspectos

novedosos a tener en cuenta en el comportamiento resistente del hormigón

armado y concretamente en la evaluación estructural, de gran importancia en

nuestros días, tanto por el auge de la rehabilitación y recuperación de

estructuras existentes como por la necesidad de realizar las inspecciones de

edificios, su mantenimiento, el control del comportamiento y la evaluación de

las estructuras ya construidas en términos de seguridad.

Un aspecto importante a tener en cuenta en la evaluación de una

estructura existente de hormigón armado es la caracterización de los

mecanismos de transferencia de tensiones entre el acero y el hormigón. La

complejidad del fenómeno de la adherencia entre el hormigón y el acero se

debe a que son muchos los factores y parámetros que intervienen, tanto de

carácter físico como químico. Además de los relacionados con las

características de la barra hay que tener en cuenta otros aspectos tales como

las propiedades del hormigón, el recubrimiento, la posición de las barras

respecto a la dirección de hormigonado, el confinamiento, la historia de carga,

etc.

PROPIEDADES DE LOS COMPONENTES DEL HORMIGÓN ARMADO

Para un correcto manejo e interpretación de los procedimientos de

diseño estructural del hormigón armado, es fundamental para el ingeniero

adquirir un adecuado conocimiento no solo de las propiedades individuales del

hormigón sino las del acero de refuerzo. Solo de esta forma se puede

garantizar un diseño práctico, seguro y económico. Las propiedades que hacen

del hormigón un material estructural eficiente son: su capacidad para resistir

cargas de compresión, facilidad de fabricación e instalación, relativo bajo costo.

Otras propiedades tales como: su resistencia al intemperismo, la retracción, la

fluencia y las deformaciones bajo cargas de servicio están prácticamente

relacionadas con su resistencia a la compresión. Es por esto que la mayoría de

las normas y códigos de construcción especifican como característica

fundamental del material su resistencia a la compresión.

En el caso del acero su uso está completamente justificado por su alta

capacidad para resistir cargas que producen compresión o tracción. En el caso

del hormigón armado el acero es el material que le brinda al hormigón la

capacidad para atender otras tensiones diferentes a las de compresión. Es el

caso de la flexión, la cortante y la torsión. La propiedad que identifica al acero

en el diseño estructural es su resistencia a la tracción. Al igual que en el

hormigón, otras propiedades están relacionadas con esta y facilitan

considerablemente las tareas de cálculo estructural.

EL HORMIGÓN Y SUS PROPIEDADES

En la construcción se reconocen básicamente dos tipos generales de

materiales: los que están en capacidad de resistir y transmitir cargas con alta

seguridad y aquellos que solo soportan su propio peso y ocasionalmente una

pequeña fracción de carga adicional sin seguridad. A los primeros se les

reconoce como materiales estructurales y el hormigón es un prototipo o

ejemplo de estos. A los segundos se les denomina elementos decorativos o

arquitectónicos y no son tema de estudio en este texto.

El hormigón por naturaleza es un material heterogéneo, anisotropico e

inelástico lo que complica su modelación numérica. Presenta en su proceso de

formación dos etapas claramente definidas y de gran importancia para el

ingeniero estructural: el periodo de fraguado que tiene una duración normal

entre una y seis horas. Y el periodo de endurecimiento el cual se inicia

simultáneamente con el fraguado y continúa en el tiempo mientras se

mantengan condiciones adecuadas para la hidratación del cemento. Las

características de la primera etapa se relacionan con su capacidad para

dejarse mezclar, transportar y colocar en el sitio final y con su comportamiento

durante estas primeras horas de fabricado.

Tales propiedades están afectadas en gran medida por la composición y

homogenización del material, y por los cambios físicos, térmicos y volumétricos

que se manifiestan a esta edad. Entre los aspectos principales se tienen: la

trabajabilidad, plasticidad, consistencia, exudación, segregación, fraguado,

contenido de aire, contracción y expansión. De todas estas las más

representativas para el estudio del hormigón son: la trabajabilidad y el

contenido de aire. La trabajabilidad se puede definir como la cantidad de

energía requerida para compactar el material en las formaletas. Está

estrechamente ligada a su composición y consistencia.

Un hormigón de consistencia fluida requiere menos energía que uno

seco. La medida indirecta más utilizada para evaluar esta propiedad es el

ensayo de asentamiento. Este mide el nivel de consistencia del hormigón con

una prueba simple y práctica (Norma NTC-396). El aire en el hormigón está

presente en dos formas, el aire atrapado durante su fabricación y colocación y

se denomina AIRE OCLUIDO y el aire adicionado intencionalmente para

mejorar algunas características del material AIRE INCLUIDO. En ambos casos

el contenido de aire modifica las propiedades del hormigón principalmente la

resistencia y durabilidad. Existen métodos normalizados para su estimación

como los presentados en las normas NTC- 1028 y 1032 En la segunda etapa el

material adquiere gradualmente las características de un sólido capaz de

resistir cargas externas.

En esta fase es importante estudiar sus propiedades mecánicas, su

durabilidad y su reología. Es este el periodo fundamental para la ingeniería

estructural porque de su estudio se obtienen los parámetros básicos para el

diseño como son: La resistencia a compresión, a tracción, módulos de

deformación, la retracción, la fluencia y el comportamiento tensión-

deformación.

El proceso de endurecimiento del hormigón con el tiempo es gradual y la

velocidad de reacción depende principalmente de los tipos de aglomerantes.

En el caso del hormigón de cemento calcáreo tipo Portland ordinario, que es el

más frecuente, los primeros siete días la resistencia crece rápidamente hasta

alcanzar un alto porcentaje de la resistencia posterior. (Con fines prácticos la

resistencia posterior se ha estandarizado arbitrariamente a los veinte y ocho

días. En algunos proyectos especiales como represas y pavimentos se ha

utilizado como resistencia posterior los noventa días y algunas veces los ciento

ochenta días.

En estos últimos casos los cementantes usados tienen características

puzolanicas o son cementos adicionados de reacción lenta). Estadísticamente

se ha establecido que a los siete días se tiene entre un 60 y un 80% de la

resistencia a los 28 días. Después de esta edad la rata de crecimiento es cada

vez más lenta y estudios experimentales indican que a los noventa días solo se

ha aumentado la resistencia entre un 10 y 15%. Para un año entre el 15 y 20 %

y finalmente entre 5 y 10 años la resistencia solo se ha incrementado máximo

un 25%. Estos incrementos después de 28 días por lo general no son

considerados en los diseños y cualquier aumento posterior solo mejora la

confiabilidad de la estructura. Algunas fórmulas empíricas se han propuesto

para modelar matemáticamente el proceso de endurecimiento del hormigón

con el tiempo. Sin embargo estas son solo ecuaciones ilustrativas porque su

aplicación está restringida a las características particulares de cada proceso de

modelación.

CONCLUSIONES

A lo largo del desarrollo de este trabajo se han obtenido conclusiones

que pueden considerarse de utilidad dentro del área del comportamiento

resistente del hormigón armado y, concretamente, dentro del ámbito de la

evaluación de aquellas estructuras existentes que presenten una deficiente

transferencia de tensiones entre el acero y el hormigón, afectando, por tanto, al

principio básico del comportamiento de estas estructuras. Entre las principales

conclusiones, incluidas en las establecidas en cada uno de los contenidos, se

pueden considerar las siguientes: a) conclusiones relativas a la evaluación de

la adherencia, b) conclusiones relativas al comportamiento en flexión de

elementos con adherencia acero – hormigón degradado y, c) conclusiones

relativas al modelo propuesto.

Aquellos elementos a flexión con falta de adherencia en zonas

localizadas de la armadura principal experimentan una modificación de su

comportamiento estructural. Se aprecia que el modelo teórico reproduce el

incremento de las deformaciones con el porcentaje de degradación, como

ocurre en los ensayos realizados. De igual modo el modelo reproduce

adecuadamente los registros experimentales de desplazamiento en el centro

del vano.

Entre las principales aplicaciones del modelo se puede mencionar la

estimación del comportamiento estructural de vigas que presenten diferentes

estados de degradación de adherencia hormigón – acero, causados por

recubrimientos nulos o deficientes, existencia de coqueras, defectos de

geometría, pérdida o disminución de la sección de acero, etc.