Estructuras de hormigón armado
El hormigón armado es la asociación de dos materiales de características muy diferentes: el hormigón, una roca artificial formada a partir de materiales pétreos unidos por un conglomerante hidráulico, y el acero. Este resiste por igual esfuerzos de tracción y de compresión, mientras que el hormigón resiste bien los esfuerzos de compresión, no así los de tracción.
Las diferencias se manifiestas ya en los diferentes medios de elaboración: el acero necesita altas temperaturas, y por tanto unas instalaciones especiales y sofisticadas. Para moldear el hormigón se utilizan unos recipientes (encofrados) sencillos e inmediatos que permiten que la masa, una vez endurecida, adopte la forma deseada.
En los países latinoamericanos la palabra que lo designa es concreto, en los sajones "concrete", que tienen en común la raíz latina "concretus". Etimológicamente, concreto es sinónimo de concrecionado, y concreción es, según el diccionario de la lengua, la acumulación de diversas partículas que se unen para formar la masa.
La palabra hormigón viene de "fórmicus", que se refiere a todo aquello que es susceptible de ser moldeado para darle la forma deseada.
Así pues, las dos voces empleadas para designar este material resaltan dos cualidades distintas del mismo: concreto se refiere al aspecto exterior, hormigón, a la capacidad de adaptación a la forma del recipiente que lo contenga.
Al incorporar acero, el hormigón adquiere capacidades antes inexistentes, heredadas de este, pero sm perder la facultad de adaptarse a la forma de los encofrados que lo envuelven. Los esfuerzos de tracción quedan canalizados al conjunto de barras que componen la armadura, que extiende su influencia en el hormigón que la rodea incluso en zonas en la que no sigue el trazado de las isostáticas de tracción. La colaboración entre ambos para mejorar la capacidad resistente del conjunto se consigue por la adherencia entre los dos materiales: por esta razón las barras que constituyen la armadura presentan unos resaltes o estrías sobre la superficie cilindrica que mejoran con la rugosidad creada en la superficie, la adherencia y rozamiento con la masa de hormigón.
Esta adherencia es la que coarta los deslizamientos relativos entre ambos materiales, comportándose en el ámbito resistente y de deformación como si de un cuerpo único se tratara.
En este tema veremos la aplicación que se realiza en las estructuras de edificación, pero es claro que se utiliza ampliamente para grandes obras: puertos, puentes, presas, etc
El hormigón armado presenta ventajas y desventajas:
-Ventajas- economía, tolerancia dimensional pues se elabora in situ, rapidez de montaje por la rutina de los procesos de ejecución, resistencia y estabilidad al fuego.
-Inconvenientes- Las características propias de su elaboración, al realizarse in situ, puede dar lugar a que se realice un mal tratamiento por impedir su fraguado correcto (falta de agua, temperatura, ...), el no recubrimiento de las armaduras que no garantice su durabilidad, el tiempo de espera necesario para su fraguado.
Las tipologías mas habituales en edificación son:
a. Forjados unidireccionales.
b. Forjados reticulares.
FORJADOS UNIDIRECCIONALES
Elementos constitutivos de los forjado.
Se consideran los dos tipos siguientes:
Forjado de viguetas.
En general está constituido por:
-Viguetas prefabricadas de hormigón u hormigón y cerámica, armadas o pretensadas.
-Piezas de entrevigado cuya función puede ser de aligeramiento o resistente.
-Hormigón vertido en obra en relleno de nervios y formando la losa superior (capa de compresión).
-Armadura colocada en obra.
La instrucción que regula estos forjados la "Instrucción para el proyecto y la ejecución de forjados unidireccionales de hormigón armado o pretensado. EF-96" determina que se aplica a los forjados de viguetas que cumplan las condiciones siguientes:
a) El canto total no excede de 50 cm.
b) La luz de cada tramo no excede de 10 m.
c) La separación entre ejes de nervios es menor que 100 cm.
Forjado de losas alveolares pretensadas.
En general está constituido por:
- Losas alveolares prefabricadas de hormigón pretensado.
- Hormigón vertido en obra en relleno de juntas laterales entre losas y formando la losa superior. Puede prescindirse de la losa superior mediante un estudio especial de las condiciones resistentes y de deformación, salvo cuando existan acciones laterales importantes.
- Armadura colocada en obra.
Esta Instrucción es aplicable a los forjados de losas alveolares que cumplan las condiciones siguientes:
a) El canto de la losa prefabricada no excede de 50 cm.
b) La luz de cada tramo no excede de 20 m.
c) La anchura de los elementos resistentes no supera los 140 cm para losas sin armadura de reparto, ni 250 cm para aquellas que dispongan de esta armadura.
Para ambos tipos de forjados si se superan las condiciones límite que se han descrito se aplica la EHE.
Pilares.
-Geometría:
Las reglas de buena práctica constructiva y diseño a observar serían:
- Dimensión mínima de pilar 30 cm.
- Cambios de sección de planta a planta : < 5 cm.
- Siempre que se pueda, pilares cuadrados trabajan mejor que circulares.
- Disponer en planta los elementos apantallados, si los hay, de forma simétrica respecto al centro de masas del edificio.
- Procurar que las secciones sean armónicas y que tengan una tensión de trabajo parecida, evitando asientos diferenciales por acortamiento elástico y diferido del hormigón.
Predimensionado:
Si observamos los criterios anteriores, sólo nos falta definir las secciones previas de los pilares.
Una regla sencilla de predimensionado sería aplicable para cargas habituales en las viviendas, (700 kg/m carga total, luces 5-6 m) y los pilares centrales, medianeros y de esquina.
Para ello partimos de la planta última hacia plantas inferiores, se procede así:
-Pilares centrales:
• Las dos últimas plantas de 30x30
• En cada planta consecutiva inferior, aumentar 5 cm las dimensiones de un lado.
-Pilares medianeros:
• Las tres últimas plantas de 30x30
• Cada dos plantas consecutivas, aumentar 5 cm las dimensiones de un lado.
-Pilares de esquina:
• Las cuatro últimas plantas de 30x30.
• Cada tres plantas consecutivas, aumentar 5 cm para posteriormente hacerlo cada dos plantas, y así de forma alterna.
Cuando un pilar medianero es de fachada y con voladizos de 1.5 m, con cargas de cerramiento, aplicar el criterio como si fuera un pilar central.
Si ocurre lo mismo en un pilar de esquina, tratarlo como un pilar medianero.
Como norma general, un pilar estará en buenas condiciones cuando su tensión de servicio sea aproximadamente 1/3 de la resistencia característica.
FORJADOS RETICULARES.
El forjado reticular pertenece a la familia de las losas de hormigón armado, no homogéneas, aligeradas y armadas en dos direcciones ortogonales configurando una placa nervada.
En los forjados reticulares y alrededor de los pilares se prescinde de los bloques de aligeramiento y la placa pasa a ser maciza desapareciendo las nervaduras como tales.
La estructura así formada admite que sus flexiones puedan ser descompuestas y analizadas según las dos direcciones de armado, y forma con los soportes un conjunto estructural espacial capaz de soportar las acciones verticales repartidas y puntuales muy adecuadamente, y las horizontales razonablemente bien pero en una medida bastante menor.
Los forjados reticulares, tal y como se conciben actualmente, no suelen presentar vigas acusadas en su configuración y por consiguiente, también pertenecen al grupo de los llamados forjados planos, impuestos ya firmemente en la construcción de los edificios españoles.
Los parámetros básicos que definen las características del forjado reticular son:
- Canto total de la placa (H)
- Altura del casetón de aligeramiento o bloques aligerantes (h)
- Separación entre ejes de nervios (e)
- Espesor básico de los nervios (b)
- Espesor de la capa de compresión (c)
Y los forjados reticulares, al igual que los forjados unidireccionales, se concretan y personalizan mencionando la altura del bloque de aligeramiento más la capa de compresión y el tipo de aligeramiento previsto: perdido o recuperable; aceptando, salvo que se diga lo contrario, que el entreeje adoptado es el convencional de 80 x 80 cm.
Nombre de un Forjado Reticular = (h + c) en cm + Tipo de aligeramiento
Ejemplo: Forjado reticular de 25+5 cm de casetones recuperables.
En los forjados reticulares, debido a la acumulación de esfuerzos y tensiones que tienen lugar en la placa sobre y alrededor de los pilares, se prescinde en dicha zona de los aligeramientos y la placa se maciza.
La zona maciza a través de la cual la placa se apoya y canaliza finalmente las cargas que soporta a los pilares, recibe el nombre de ABACO. El abaco suele estar embebido normalmente en el espesor de la placa y, tan solo para luces elevadas y cargas anormalmente grandes, se diseña acusado inferiormente bajo la misma de forma recta o biselado a 45°, tal y como se expone en las figuras siguientes.
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En los inicios de las estructuras de hormigón armado con los forjados de losas macizas, y posteriormente con los forjados reticulares, era absolutamente muy normal y habitual el ensanchar la cabeza del pilar en su unión bajo el abaco tratando de alejar el riesgo más grave y temido que puede presentar esta tipología de estructura: El punzonamiento.
El ensanche o engrasamiento del pilar bajo el abaco, en recuerdo de las antiguas columnas griegas, recibe el nombre de CAPITEL, y su empleo ha quedado muy reducido al ámbito de las construcciones de tipo industrial, almacenes y locales comerciales singulares, al margen de que puedan ser diseñados por simples consideraciones estéticas.
El capitel como tal carece de sentido y pierde sobremanera su razón de ser cuando el abaco se encuentra acusado bajo la placa. Por otra parte, y debido además a las dificultades que presenta su ejecución, especialmente su encofrado, se prefiere y se opta por absorber los riesgos del punzonamiento con armaduras de cortante y, en la actualidad, su uso ha quedado sumamente restringido incluso para las construcciones de las tipologías antes mencionadas.
La Norma española EHE-98 nos ofrece el siguiente dibujo ilustrativo, repetido hasta la saciedad en los manuales clásicos de los forjados losas sobre apoyos puntuales, aclarando las definiciones mencionadas.
