Propiedades, Cargas y Requisitos del Hormigón Armado: Diseño y Construcción

Propiedades del Hormigón Armado

El hormigón armado es un material compuesto ampliamente utilizado en la construcción debido a sus notables propiedades. A continuación, se detallan sus ventajas, desventajas y características principales:

Ventajas

• Alta resistencia a la compresión: Ideal para soportar grandes pesos.
• Gran resistencia al fuego y al agua: Mayor durabilidad y seguridad en diversas condiciones.
• Bajo mantenimiento: Reduce costos a largo plazo.
• Larga vida útil: Material durable y resistente al paso del tiempo.

Desventajas

• Baja resistencia a la tracción: Requiere refuerzo de acero para contrarrestar este efecto.
• Necesidad de cimbras: Se requieren moldes para mantener la forma durante el endurecimiento.
• Peso propio elevado: Aumenta las cargas y momentos flexionantes en la estructura.
• Variabilidad en las propiedades: Depende de la dosificación y el proceso de mezclado.
• Control de calidad: El colocado y curado requieren supervisión para garantizar la calidad.

Características Clave

1. Resistencia a la compresión: Se determina mediante pruebas de rotura en laboratorio.
2. Módulo de elasticidad: Varía según la resistencia del hormigón y su peso.
3. Módulo de Poisson: Describe la deformación lateral bajo carga axial. Relaciona la deformación lateral con la deformación axial cuando el hormigón se somete a esfuerzos de compresión o tracción.
4. Contracción: El agua de la mezcla se evapora, causando contracción y posibles grietas. Esto puede reducir la resistencia al corte.
5. Fluencia plástica: Deformación adicional que ocurre después de la deformación inicial bajo carga constante.
6. Resistencia a la tensión: Solo entre el 8% y el 15% de su resistencia a la compresión. Las grietas se cierran bajo compresión, pero se expanden bajo tracción.

Introducción a las Cargas en Estructuras

Las cargas que actúan sobre una estructura son fundamentales para su diseño. Se clasifican en:

1. Cargas muertas: Pesos constantes y fijos, como el peso propio de la estructura y elementos permanentes.
2. Cargas vivas: Cargas variables en magnitud y posición, como el peso de personas, muebles, etc.
3. Cargas ambientales: Dependen de la ubicación geográfica y incluyen cargas de nieve, viento, lluvia y sismo. Se calculan según normativas específicas (NCh 431, NCh 432, NCh 433, NCh 2369).

Comportamiento Típico en Vigas de Hormigón Armado

El comportamiento de las vigas de hormigón armado bajo carga se puede dividir en tres etapas:

1. Cargas pequeñas, esfuerzos menores al módulo de rotura.
2. Etapa de esfuerzos elásticos: Agrietamiento en la zona de tensión, sin superar el eje neutro. Los esfuerzos no superan 0,5fc.
3. Etapa de resistencia última: Comportamiento no lineal de los esfuerzos de compresión. Las grietas se desplazan hacia arriba.

Porcentaje Mínimo de Acero

Es crucial verificar el porcentaje mínimo de acero y la disposición de la armadura. Se debe asegurar una cantidad constructivamente factible de barras, incluyendo estribos y barras de refuerzo perimetrales.

Requisitos Básicos para la Construcción con Hormigón Armado

1. Amarre de alambres: Se utilizan para sujetar la armadura de refuerzo, no para transmitir esfuerzos.
2. Soldadura entre barras: No se recomienda soldar las barras de refuerzo entre sí.
3. Espaciamiento mínimo entre barras de refuerzo:
   • Igual o superior al diámetro de la barra y no menor a 25 mm.
   • 1.5 veces el diámetro de las barras y 40 mm en elementos a compresión.
   • En capas, las barras superiores deben alinearse con las inferiores, con una separación mínima de 25 mm entre capas.
   • En muros y losas, la separación máxima de las barras principales por flexión es 3 veces el espesor.
4. Recubrimiento mínimo: Protege las barras de la corrosión y el fuego, y permite la transmisión de esfuerzos. Se consideran:
   • Condiciones severas: Alta humedad, escurrimiento de agua, atmósferas industriales o marítimas.
   • Condiciones normales: Otras condiciones no incluidas en las severas.
5. Doblado de barras:
   • Diámetro interior mínimo de doblado: 6d (barras de 10 a 25 mm) y 8d (barras mayores a 25 mm).
   • Diámetro de doblado para estribos hasta 16 mm: 4d.
   • Evitar colocar barras dobladas con el lado cóncavo hacia el recubrimiento, a menos que haya refuerzos.
6. Anclaje de barras y empalmes por traslape: Las barras deben anclarse para resistir la tracción. El largo de desarrollo asegura la resistencia máxima. Se recomienda confinar las zonas de anclaje y empalme, y escalonar los empalmes. Los refuerzos de losa deben terminar en líneas escalonadas.
   • Traslape: Barras solapadas, sin conexión directa.
   • Empalme: Barras conectadas por soldadura o amarres.

Disposiciones Básicas

Anclaje de los Refuerzos

Los refuerzos deben estar firmemente anclados en sus extremos para resistir las tracciones. Esto se logra con la longitud de desarrollo, que es la longitud de la armadura más allá de la sección donde se necesita su resistencia.

Longitudes de Desarrollo

Para refuerzos de 22 mm o más, confinados, tipo A630-420H, en hormigón G25, con recubrimiento >db y espaciamiento > 2db:

• ld = 50db + 50 mm (mínimo 350 mm)
• ldc = 20db + 50 mm (mínimo 350 mm)

Para barras menores a 22 mm, ld se reduce en un 20%: ld = 40db + 50 mm. Para barras horizontales con más de 300 mm de hormigón fresco debajo, multiplicar por 1.3.

Empalmes de Refuerzos por Traslape

• Ubicar preferentemente en zonas comprimidas.
• Disponer en forma escalonada.
• Confinar las zonas de anclaje y empalme con estribos o trabas.

Estribos y Barras

• Incrementan la resistencia al corte.
• Confinan el hormigón.
• Amarran barras en compresión para evitar pandeo.
• Diámetro interior de doblado de estribos: > 4db (hasta 16 mm de diámetro), gancho a 135°.

Espaciamiento Máximo entre Estribos

• Compresión moderada: Menor entre 16 veces el diámetro de la barra longitudinal y 48 veces el diámetro del estribo.
• Compresiones elevadas: Menor entre 6 veces el diámetro de la barra longitudinal y la mitad del espesor del muro.
• En vigas: Inferior a la mitad de la altura del elemento.
• Primer estribo: A menos de la mitad del espaciamiento entre estribos, medido desde la cara de apoyo.
• Zonas de empalme: Estribos cerrados a lo largo del traslape.
• El espaciamiento entre estribos en columnas no debe superar el 25% del espesor del elemento ni los 100 mm.

Amarras Transversales en Barras de Compresión

Atar transversalmente las barras en compresión para evitar pandeo. Los estribos pueden cumplir esta función si la barra no está a más de 150 mm de una rama transversal del estribo.

Requerimientos Mínimos para la Integridad Estructural

• Estructuras en obra: Vigas perimetrales con refuerzo continuo y empalmes.
• Construcciones prefabricadas: Amarras de tracción y conexiones con resistencia mínima especificada.
• No depender únicamente de la fricción por cargas gravitacionales.
• Determinar la efectividad de las conexiones mediante análisis y ensayos.