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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 «la mejora de
la construcción de viviendas, almacenes y otros edificios resistentes al fuego». En el 1855
Joseph-Louis Lambot publicó el libro «Les bétons agglomerés appliqués á l'art de construire»
(Aplicaciones del hormigón al arte de construir), en donde patentó su sistema de construcción,
expuesto en la exposición mundial en París, el año 1854, el cual consistía en una lancha de
remos fabricada de hormigón armado con alambres. 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 en
estas pruebas, efectuando cálculos que fueron publicados en un folleto llamado «El sistema
Monier, armazones de hierro cubiertos en cemento». Que fue complementado en 1894 por
Edmond Coignet y De Tédesco, método publicado en Francia agregando el comportamiento
de 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 elemento frente al fuego y su resistencia logrando ocasionar
un gran auge, por la seguridad del producto en Alemania. Fue François Hennebique quien
ideó un sistema convincente de hormigón armado, patentado en 1892, que utilizó en la
construcción de una fábrica de hilados en Tourcoing, Lille, en 1895.1
En España, el hormigón armado penetra en Cataluña de la mano del ingeniero Francesc
Macià con la patente del francés Joseph Monier. Pero la expansión de la nueva técnica se
producirá 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, que en 1898 construirá 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,2 de 1899-1900 (aún hoy en pie y rehabilitada como viviendas) y el primer
puente importante, 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).3 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.
Diseño de estructuras de hormigón armado
Hennebique y sus contemporáneos, basaban el diseño de sus patentes en resultados
experimentales, mediante pruebas de carga; los primeros aportes teóricos los realizan
prestigiosos investigadores alemanes, tales como Wilhem Ritter, quien desarrolla en 1899 la
teoría del «Reticulado de Ritter-Mörsch». Los estudios teóricos fundamentales se gestarán en
el siglo XX.
Existen varias características responsables del éxito del hormigón armado:
El coeficiente de dilatación del hormigón es similar al del acero, siendo despreciables 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 resaltes en
su superficie, llamadas corrugas o trefilado, que favorecen la adherencia física con el
hormigón.
Por último, el pH alcalino del cemento produce la pasivación del acero, fenómeno que
ayuda a protegerlo de la corrosión.
El hormigón que rodea a las barras de acero genera un fenómeno de confinamiento que
impide su pandeo, optimizando su empleo estructural.
Cálculo de elementos de hormigón[editar] Fundamento[editar]
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 torsión es
necesario combinar el hormigón con un esqueleto de acero. Este esqueleto tiene la misión
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).
Por otro lado, el acero confiere a las piezas mayor ductilidad, permitiendo que las mismas se
deformen apreciablemente antes de la falla. Una estructura con más acero presentará un
modo de fallo más dúcil (y, por tanto, menos frágil), esa es la razón por la que muchas
instrucciones exigen una cantidad mínima de acero en ciertas secciones críticas.
En los elementos lineales alargados, como vigas y pilares las barras longitudinales, 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.
Cálculo vigas y pilares de hormigón armado[editar]
La simple teoría de vigas de Euler-Bernoulli no es adecuada para el cálculo de vigas o pilares
de hormigón armado. Los elementos resistentes de hormigón armado presentan un
mecanismo resistente más complejo debido a la concurrencia de dos materiales diferentes,
hormigón y acero, con módulos de Young muy diferentes y los momentos de inercia son
variables de acuerdo al tamaño de las fisuras de los elementos. Las diferentes propiedades
mecánicas de hormigón y acero implican que en un elemento de hormigón armado la tensión
mecánica de las armaduras y el hormigón en contacto con ellas sean diferentes, ese hecho
hace que las ecuaciones de equilibrio que enlazan los esfuerzos internos inducidos por las
fuerzas y tensiones en hormigón y acero no sean tan simples como las de secciones
homogéneas, usadas en la teoría de Euler-Bernouilli.
La Instrucción Española del Hormigón Estructural 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:
Donde:
, son magnitudes geométricas. Respectivamente: el canto útil, el
recubrimiento y la profundidad de la fibra neutra respecto a la fibra más comprimida
del hormigón.
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.
, son las cuantías mecánicas, relacionadas con el área transversal de acero
de las armaduras.
, 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.
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 las funciones anteriores como:
Por otra parte los esfuerzos soportados por el bloque comprimido de
hormigón vienen dados por:
Dimensionado de secciones[editar]
El problema del dimensionado de secciones se refiere a dadas unas cargas y
unas dimensiones geométricas de la sección determinar la cantidad de acero
mínima para garantizar la adecuada resistencia del elemento. La
minimización del coste generalmente implica considerar varias formas para la
sección y el cálculo de las armaduras para cada una de esas secciones
posibles, para calcular el coste orientativo de cada posible solución.
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:
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:
Comprobación de secciones[editar]
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.
Definiciones[editar]
Armadura Principal (o Longitudinal): Es aquella
requerida para absorber los esfuerzos de tracción en
la cara inferior de en vigas solicitadas a flexión
compuesta, o bien la armadura longitudinal en
columnas.
Armadura Secundaria (o Transversal): Es toda
armadura transversal al eje de la barra. En vigas
toma esfuerzos de corte, mantiene las posiciones de
la armadura longitudinal cuando el hormigón se
encuentra en estado fresco y reduce la longitud
efectiva de pandeo de las mismas.
Amarra: Nombre genérico dado a una barra o
alambre individual o continuo, que abraza y confina
la armadura longitudinal, doblada en forma de
círculo, rectángulo, u otra forma poligonal, sin
esquinas reentrantes. Ver Estribos.
Cerco:: Es una amarra cerrada o doblada
continua. Una amarra cerrada puede estar
constituida por varios elementos de refuerzo con
ganchos sísmicos en cada extremo. Una amarra
doblada continua debe tener un gancho sísmico
en cada extremo.
Estribo: Armadura abierta o cerrada empleada
para resistir esfuerzos de corte, en un elemento
estructural; por lo general, barras, alambres o
malla electrosoldada de alambre (liso o estriado),
ya sea sin dobleces o doblados, en forma de L,
de U o de formas rectangulares, y situados
perpendicularmente o en ángulo, con respecto a
la armadura longitudinal. El término estribo se
aplica, normalmente, a la armadura transversal
de elementos sujetos a flexión y el término
amarra a los que están en elementos sujetos a
compresión. Ver también Amarra. Cabe señalar
que si extisten esfuerzos de torsión, el estribo
debe ser cerrado.
Zuncho: Amarra continua enrollada en forma de
hélice cilíndrica empleada en elementos
sometidos a esfuerzos de compresión que sirven
para confinar la armadura longitudinal de una
columna y la porción de las barras dobladas de
la viga como anclaje en la columna. El
espaciamiento libre entre espirales debe ser
uniforme y alineado, no menor a 80 mm ni mayor
a 25 mm entre sí. Para elementos hormigonados
en obra, el diámetro de los zunchos no deben ser
menor que 10 mm.
Barras de Repartición: En general, son aquellas
barras destinadas a mantener el distanciamiento y el
adecuado funcionamiento de las barras principales
en las losas de hormigón armado.
Barras de Retracción: Son aquellas barras
instaladas en las losas dondela armadura por flexión
tiene un sólo sentido. Se instalan en ángulo recto con
respecto a la armadura principal y se distribuyen
uniformemente, con una separación no mayor a 3
veces el espesor de la losa o menor a 50 cm entre sí,
con el objeto de reducir y controlar las grietas que se
producen debido a la retracción durante el proceso
de fraguado del hormigón, y para resistir los
esfuerzos generados por los cambios de
temperatura.
Gancho Sísmico: Gancho de un estribo, cerco
o traba, con un doblez de 135º y con una extensión
de 6 veces el diámetro (pero no menor a 75 mm) que
enlaza la armadura longitudinal y se proyecta hacia
el interior del estribo o cerco.
Traba: Barra continua con un gancho sísmico en un
extremo, y un gancho no menor de 90º, con una
extensión mínima de 6 veces el diámetro en el otro
extremo. Los ganchos deben enlazar barras
longitudinales periféricas. Los ganchos de 90º de dos
trabas transversales consecutivas que enlacen las
mismas barras longitudinales, deben quedar con los
extremos alternados.
Normativas relacionadas[editar]
La normativa española Instrucción Española del
Hormigón Estructural EHE-99 de 1999, quedó
derogada definitivamente el 1 de
diciembre de 2008 en favor de la EHE-08.4
La normativa de ámbito europeo, aunque no obligado
cumplimiento es el Eurocódigo 2: Proyecto de
Estructuras de Hormigón.
La Normativa Argentina de referencia es el
Reglamento CIRSOC 201 - 2005, que reemplaza al
antiguo CIRSOC 201-1982. La nueva normativa está
basada en el Reglamento ACI Norteamericano, en
contraposición con el de 1982, que tomaba la base
de la antigua normativa DIN alemana.
El citado Reglamento Estadounidense es el ACI 318-
05 (American Concrete Institute).
