Hormigón Armado: características y ventajas
El hormigón armado o concreto armado, como también se le conoce, ha significado una auténtica revolución en la construcción.
Su llegada a la arquitectura y la ingeniería civil marcó un punto de inflexión que sin duda, estableció un antes y un después.
La posibilidad de hacer estructuras fuera de la geometría convencional, aristas verticales y bidimensionales, cambió el mundo para siempre.
Es increíble como esta técnica de construcción, en apariencia simple, ha podido llevar a la humanidad hasta puntos insospechados.
Historia del hormigón armado
Parece mentira, pero el hormigón armado, tiene un poco más de un siglo de existencia en la construcción de estructuras civiles.
Fue hasta 1848, cuando Joseph-Louis Lambot presentó el primer modelo de construcción hecha enteramente de hormigón armado. Esto vino en forma de barco, el cual fue presentado en la Exposición Mundial de París en 1885.
El ingeniero Lambot, tardó 7 años en presentar su prototipo, pues sabía perfectamente lo que tenía entre manos.
Antes de patentar su invención, realizó cientos de pruebas de resistencia, durabilidad y practicidad. Lo cual fue plasmado en el libro Aplicaciones del Hormigón al Arte de Construir, el primer compendio de estudios, cálculos y aplicaciones del material.
Más adelante, un compatriota de Lambot, el ingeniero francés François Coignet, presenta un completo estudio de aplicaciones del hormigón armado. Coignet, estableció el uso eficiente y duradero en losas, techos, paredes, bóvedas y tuberías.
Estos estudios, fueron luego adquiridos por el Alemán G. A. Wayss, quien constituyó la primera planta de concreto y obviamente, se hizo multimillonario.
En adelante, el concreto armado llegó a dominar la escena de la construcción. Fue junto al acero del americano Andrew Carnegie, el principal material de construcción en el primer tercio del siglo XX.
La construcción de las colosales obras de grandes ciudades como Chicago o New York, jamás hubieran sido posible sin este fantástico material.
Hoy en día, se dice que 1 de cada 3 construcciones actuales tienen como componente principal al concreto armado.
Características del hormigón armado
El hormigón ha llegado a ocupar un sitial de honor en la construcción, por tener dentro de sus principales características:
- Un coeficiente de dilatación bastante parecido al del acero.
- La diferencia de temperatura durante el vaciado, fraguado y secado no inciden en las tensiones internas entre el acero y el concreto.
- El fraguado del concreto, produce una contracción y un aumento de la presión contra las varillas o barras de acero.
- Este aumento de la presión, produce una mayor adherencia.
- Si además el acero presenta algún tipo de trefilado, la adherencia puede triplicarse.
- La alcalinidad del cemento ayuda a proteger al acero de la oxidación, en un fenómeno físico-químico llamado pasivación.
- El acero provee flexibilidad a la estructura, mientras que el concreto le aporta resistencia. Ambos elementos combinados son prácticamente indestructibles.
- El concreto armado, tiene una resistencia a los elementos naturales superior a la de cualquier otro material de construcción.
De qué está compuesto
El hormigón armado es uno de los materiales de mayor uso en la construcción por 3 razones fundamentales: Es barato, eficiente y práctico.
Se encuentra en casi todas las regiones del mundo y su producción se basa en 5 elementos básicos de la construcción:
- Acero
- Agentes químicos de fraguado
- Aglutinantes
- Cemento
- Agua
Estos elementos están presentes en casi todos los climas, regiones o latitudes del mundo entero.
Materiales y medios usados en el vaciado de hormigón
El vaciado del hormigón o como suele llamarse también, el vertido, consiste en una serie de operaciones físicas para su colocación en la obra. Su objetivo es disponer el hormigón fresco, recién recibido de la hormigonera o fabricado en la obra, moldes o encofrados.
Este vaciado debe realizarse de tal modo que no produzca disgregación la mezcla.
La elección de los métodos y materiales, depende de los medios disponibles y de la accesibilidad al lugar de la obra.
Dentro de los más frecuentemente usados, están:
- Grúa con cubilote: Este sistema se caracteriza por la carga en un cubo o cubilote y una grúa transportadora, que lo vaciará en el lugar deseado.
- Blondín con cubilote: Se produce elevando el cubilote usando cables suspendidos. Para ello, se usan dos o más pilares fijados en el suelo y unidos por un cable portador del carro y cubilote:
- Cintas transportadoras: Usando un sistema de cintas sinfín, se transporta el hormigón fresco y se deja caer en el sitio de vaciado o encofrado.
- Desde el equipo de transporte (camión volteo): Usando la gravedad, el camión volteo vierte el hormigón fresco en el sitio de encofrado, usado para vaciados a menor altura o a nivel de suelo.
- Hormigonado por bombeo: Utilizando un sistema de bombas neumáticas se impulsa el hormigón por un sistema de mangueras especiales hasta el sitio de descarga en la obra.
- Vaciado manual: Usando cubos de construcción, palas o carretillas, se dispone a verter el hormigón sobre el sitio de vaciado.
Tipos de hormigón armado
Hormigón en Masa
Se usa en moldes previamente preparados y que son sometidos a esfuerzos de compresión.
Se obtiene a partir de la mezcla de: cemento con grava, arena y agua. Es el hormigón más usado en cimentaciones o muros en masa.
Hormigón Ciclópeo
Se usa este tipo hormigón para las construcciones y/o cimentaciones en lechos marinos o en canales fluviales.
Es poco usado en la actualidad por los avances en las velocidades de fraguado de algunos aditivos del concreto, pero suele usarse en el pilotaje en zonas de niveles freáticos elevados o en pilotajes acuáticos.
Se trata de mezclar un 60% de hormigón por un 40% de rocas como granito, canto rodado u otros tipos de roca.
Hormigón Ligero
Se usa más que nada en los vaciados de losas elevadas, tabiques que no son de carga o fachadas de revestimiento u ornamentales.
Se sustituye la piedra como material de refuerzo del hormigón y se utiliza arcilla prensada, caucho, piedra caliza, volcánica y otros materiales ligeros.
Provee un aislamiento térmico y brinda fuerza sin aportar peso a la mezcla.
Hormigón Pretensado
Este tipo de material, contiene acero sometido a una fuerte tracción previa a la mezcla con el concreto. El objetivo de esta mezcla, es añadir un elemento de tensión al hormigón y ofrece un acabado estético sinigual.
Tipos de estructuras de Hormigón
El hormigón es un material que puede ser usado como soporte, cimentación, pilotaje, estructura, carga, losa o tabiques.
Puede ser usado como pavimento, escaleras, balaustres o prácticamente en cualquier diseño que deseemos.
Sin embargo, los usos más comunes en la construcción, son:
- Zapata de cimentación cuadradas o rectangulares
- Muro para contención de tierras con borde superior libre
- Muro de sótano apoyado en forjado y cimiento
- Pilar de sección rectangular o circular
- Pilotes de cimentación
- Muro de fábrica o de carga
Cálculos aplicados al concreto armado
Los arquitectos, ingenieros y constructores deben tener presente dentro de sus análisis a la hora de plantearse el uso del concreto armado, los siguientes cálculos:
- Cálculo zapata de cimentación
- Cálculo muro de contención
- Cálculo muro de sótano
- Cálculo pilar de hormigón
- Estado límite Momento flector - Axil
- Solicitaciones normales
- Esfuerzo cortante
- Estado límite de punzonamiento
- Rasante en juntas de hormigones
- Comprobación a pandeo
- Fisuración de hormigón armado
- Armado Longitudinal mínimo
- Armado transversal mínimo
- Anclaje de armaduras pasivas
- Solape de armaduras pasivas
- Cálculo cargas de viento
- Cálculo viga de acero
- Muro de carga de fábrica
- Resistencia de fábricas
- Flexión simple o compuesta
- Resistencia a esfuerzo rasante
- Anclaje de barras corrugadas
- Solape de barras corrugadas
- Armadura mínima longitudinal
- Armadura mínima de cortante
- Aceleración sísmica de cálculo
- Micropilotes en cimientos
- Esfuerzos y reacciones en Vigas
Densidad del hormigón armado
El hormigón o concreto que se usa regularmente en pavimentaciones, estructuras, muros de carga y otras estructuras tienen una densidad y masa unitaria que puede variar. Por lo general se calcula entre 2200 y 2400 kg/m3.
La mezcla de agua, grava, piedra y aglutinante con el cemento, puede variar la densidad del concreto. Esto también va en función de las burbujas de aire atrapados en la mezcla (intencionalmente o no).
El diámetro y composición de las varillas de acero, su pureza o contenido de hierro/carbono, puede alterar la densidad general.
En cálculos de construcción, se considera como una densidad promedio a 2400 kg/m3.
Términos básicos en el hormigón armado
Cuando trabajamos con hormigón armado, existen una serie de términos que debemos conocer con anterioridad. Aunque existen decenas de acepciones locales o regionales, en líneas generales se usan los siguientes términos:
Armadura principal (o longitudinal)
Se denomina así a la requerida como absorción de los esfuerzos de tracción en la cara inferior en vigas.
Armadura secundaria (o transversal)
Así se conoce a la armadura transversal al eje de la barra. Cuando el hormigón está fresco y reduce la longitud efectiva de pandeo de las vigas longitudinales.
Amarra
Una barra, varilla o alambre individual, que abraza a manera de confinamiento de la armadura longitudinal.
Cerco
Es una amarra cerrada y continua, puede estar hecha de elementos de refuerzo con ganchos sísmicos en cada extremo.
Estribo
Se conoce por estribo a una armadura abierta o cerrada que se usa como elemento de resistencia a esfuerzos de corte. Usualmente se compone de varillas, barras, alambres o malla soldada en L o U.
Zuncho
Es un tipo de amarra que se caracteriza por ser continua, enrollada en forma de hélice cilíndrica y empleada para esfuerzos de compresión. Confina la armadura de un pilar o una viga.
Barras de repartición
Están hechas para mantener la distancia y funcionamiento de las barras o varillas principales de losas de hormigón armado.
Barras de retracción
Se instalan en zonas donde la armadura por flexión tiene un solo sentido.
Gancho sísmico
Es un gancho de un estribo, cerco o traba. Tiene una dobladura de más o menos 130º y una extensión de varias veces su diámetro.
Traba
Es una varilla, cabilla o barra continua con un gancho sísmico en un extremo. Al otro extremo lleva otro gancho en ángulo recto y una extensión de varias veces su diámetro.
Ventajas y desventajas del Hormigón armado
Como hemos visto, el hormigón armado es uno de los materiales de mayor versatilidad, resistencia y practicidad en la construcción.
Sus increíbles ventajas le permiten ser uno de los materiales más usados en el mundo entero. Podemos encontrar estructuras de concreto en prácticamente todos los países. Desde faraónicas construcciones como presas, puentes y rascacielos hasta humildes viviendas sociales, aceras o escaleras.
Es un material noble y cuya durabilidad está probada por más de un siglo de uso ininterrumpido.
Entre las ventajas más destacables encontramos que:
- Sus componentes son de fácil acceso, muy comunes y abundantes. Se puede adaptar a la geología de cada región y no necesita maquinaria para su producción.
- Puede adaptarse a las formas arquitectónicas que deseemos. Esto le da un gran dinamismo y versatilidad.
- Es un material muy dúctil, flexible y deformable.
- Su larga durabilidad, mantiene sus propiedades intactas por décadas.
- Aunque no es 100% ignífugo, su punto de fusión se calcula en miles de grados con una exposición de horas.
- Una vez seco, su capacidad para evitar deformaciones es prácticamente infinita.
- Tiene una alta resistencia a la compresión, flexión, corte y tracción.
- Prácticamente no requiere de mantenimiento alguno.
Desventajas
- Es un material relativamente pesado, por lo que requiere de grandes dimensiones y soportes fuertes.
- El pilotaje para su soporte de carga puede ser un elemento que incremente el coste de vaciados.
- Requiere de trabajo rápido y bien calculado. A menos que se utilicen aditivos retardantes, el fraguado suele comenzar relativamente rápido.
Grandes obras de hormigón armado
- Presa de las tres gargantas, China
- Presa de Grand Coulee, Estados Unidos de América.
- Presa de Grande Dixence, Suiza
- Calzada King Fahd Arabia Saudí y Bahrein
- El Pentágono, Washington DC, EEUU
- Torre Pirelli en Milán, Italia
- Torres Petronas Kuala Lumpur, Malasia
- Sede Central de Unesco en París, Francia
- Burj Khalifa Emiratos Árabes Unidos
- Torre de la Bolsa en Montreal, Canadá
- The Venetian Las Vegas, Estados Unidos de América
- Presa Hoover, Nevada, Estados Unidos de América
- Catedral de Santa María de la Asunción de San Francisco, EEUU
- Embajada Italiana en Brasilia, Brasil
El hormigón armado ha llegado para quedarse, su versatilidad y el cúmulo de ventajas que lo acompañan son inigualables por otro material de construcción.
Cada día se descubren nuevas propiedades, usos y nuevos límites para este material estupendo.
