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Empleo del Hórmigon de alta resistencia HAR - Realizaciones.



Generalmente se admite que los primeros elementos resistentes ejecutados con HAR fueron los pilares (que se combinaron con forjados de hormigón estructural ligero para disminuir el peso propio de la estructura) de la torre Lake Point, de 70 pisos, construida en Chicago en 1965 con un hormigón de 52 N/mm2 de resistencia característica. Desde entonces, en esa misma ciudad se han ido construyendo gran número de edificios altos con HAR, técnica que se fue extendiendo rápidamente a otras ciudades americanas a partir de la década de los 70. A finales de dicha década, el ACI (American Concrete Institute) creó su Comité 363 dedicado al estudio del hormigón de alta resistencia.

En la década de los 80 el empleo del hormigón de alta resistencia en edificios de gran altura estaba ya muy generalizado en Estados Unidos y Canadá. En la tabla 7.2 puede verse una muestra de cómo fueron progresando las resistencias utilizadas para el hormigón a lo largo de dicho periodo.

El empleo de HAR en puentes se inició en Japón y pronto se extendió por América y Europa. En los países nórdicos, en particular Noruega y Dinamarca, la utilización del hormigón de alta resistencia en puentes se debe no tanto a la disminución del peso propio cuanto a razones de durabilidad. En Noruega es digno de mención el puente de Helgelands, con sus 425 metros de luz principal, que fue construido en 1990 con hormigón de fck = 65 N/mm2.

Enel Mar del Norte, a partir de 1972, se han construido decenas de plataformas petrolíferas con hormigones de resistencia del orden de 60 a 70 N/rnrn2.

Existen otras muchas aplicaciones del hormigón de alta resistencia: pavimentos (en Noruega se han alcanzado hasta 130 N/mm2 de resistencia en 1989), traviesas de ferrocarril dovelas para túneles, tuberías, etc. Por otra parte, desde 1987 se vienen celebrando congresos internacionales sobre la materia, siendo de esperar que pronto se vean colmadas las lagunas que todavía existen en el conocimiento del HAR, cuyo tratamiento en la normativa internacional es aún escaso. 


Empleo del hormigón de alta resistencia - Consideraciones generales.


La utilización cada vez más frecuente del hormigón de alta resistencia y el constante aumento de literatura especializada sobre la materia demuestran que se trata de una técnica en auge y de brillante futuro. En efecto, su campo de aplicación es muy amplio: edificios de gran altura (especialmente y cuando menos, en los soportes de las primeras plantas), puentes de grandes luces, plataformas fuera de costa, prefabricación, etc.

Las ventajas económicas que puede reportar el empleo del HAR son difícilmente evaluaciones por depender de multitud de factores, que varían en cada caso. De un lado, la confección de estos hormigones es bastante más costosa que la de los convencionales, ya que la selección  los áridos, las grandes dosis de cemento, el empleo de aditivos y, sobre todo, el empleo de micro sílice, encarecen estos hormigones. De otro lado, el empleo de los BAR reporta grandes ventajas técnicas y económicas.

Las principales razones que explican la creciente utilización de hormigones de alta resistencia frente al hormigón convencional, en lo que respecta a edificios de gran altura, son las siguientes:

• Ganancia de espacio en plantas de sótano (aparcamientos) y primeras plantas, al reducirse considerablemente la sección de los pilares.
• Mayor facilidad de puesta en obra (bombeos a gran altura, alta densidad de armaduras que criban el hormigón) debido a la gran docilidad de estos hormigones.
• Ahorro de superficie de elementos de encofrado.
• Menores plazos de ejecución (pueden hormigonarse hasta dos pisos por semana) gracias a la rapidez con que el HAR desarrolla sus resistencias (a 7 días suele alcanzarse el 80% de la resistencia a 28).
• Reducción del peso propio de la estructura (lo que abarata las cimentaciones), mejor comportamiento en estados de servicio (fisuración, deformaciones, vibraciones) y mayor durabilidad.
En definitiva, puede asegurarse que la relación calidad/precio es mayor en las obras realizadas con HAR que en las de hormigón convencional; y que en edificios altos el HAR compite con ventaja frente a las estructuras metálicas.

Cálculo con hormigones de alta resistencia (HAR).



1.0 GENERALJES

En general son aplicables para los HAR los Principios Y métodos de cálculo utilizados para los 0rrrligones convencionales, con las salvedades que a continuación se indican.
 
a) Al determinar el valor característico del peso propio de un elemento de hormigón debe tomarse para SU peso específico el valor 24 kN/m3 para hormigón en masa y 26 kN/m3 para hormigón armado.
 
b) Sobre los diagramas de cálculo tensión-deformación del hormigón en el estado límite último de agotamiento.
 
c) En el estado límite último de agotamiento, los dominios de deformación (apartado 13.3) deben ser adaptados al valor de la deformación última £ que corresponda a la resistencia del HAR . Esta adaptación modifica los valores límite de validez de las ecuaciones de equilibrio y compatibilidad correspondientes a cada dominio, valores que habrá que determinar en cada caso.
 
d) Dada la fragilidad de los hormigones de alta resistencia, para ellos tiene mayor importancia todavía la recomendación (de carácter general para todos los hormigones) de no superar el valor 0,454 para la profundidad de la fibra neutra de deformaciones en flexión.
 
e) En elementos comprimidos es conveniente aumentar la cuantía de las armaduras transversales, con objeto de asegurar el buen confinamiento del hormigón del núcleo y evitar roturas frágiles según planos diagonales. 

Para ello deberá reducirse la distancia entre cercos y no utilizar para éstos diámetros muy pequeños (ver punto 2.° de este apartado).
 
f) En flexión simple o compuesta, la cuantía mínima de las armaduras de tracción puede determinarse con las mismas fórmulas que para hormigón convencional. En efecto, dicha cuantía pretende evitar la rotura frágil tras producirse Ja fisuración (momento en el que el hormigón cede sus tracciones al acero) y equivale, por tanto, al volumen de tracciones soportado por el hormigón hasta ese momento; y como la resistencia en tracción del HAR aumenta en menor medida que su resistencia en compresión, el empleo de tales fórmulas se coloca del lado de la seguridad.
g) El comportamiento a cortante de las piezas de HAR difiere un tanto del caso de hormigón convencional. Debido a la gran resistencia de la interfaz pasta-árido, pueden producirse fisuras de cortante con escaso engranamiento entre áridos (ver apartado 19.5), lo que disminuye la contribución del hormigón a la resistencia de la pieza a cortante.
h) En general, con el hormigón de alta resistencia se producen menores aberturas de fisuras que con hormigón convencional, debido a la mayor adherencia acero-hormigón y la mayor resistencia a tracción. Análogamente y por las mismas razones, a las que debe añadirse el mayor módulo de deformación, tanto las flechas instantáneas como las diferidas de las piezas con BAR son menores que con hormigón convencional.
i) En los cálculos de fisuración y deformaciones, en los que interviene la resistencia a tracción del hormigón, es muy conveniente determinar dicha resistencia mediante ensayos.

2.° DATOS PRÁCTICOS

A continuación se ofrecen algunos valores recomendados por Ja instrucción española para el cálculo de secciones y elementos estructurales.

a) En elementos sometidos a compresión simple o compuesta, las armaduras longitudinales deben tener un diámetro no inferior a 12 mm y deben disponerse con una separación máxima ere barras de 250 mm. La cuantía geométrica de estas armaduras no será superior al 6 por lOO.
 
b) En los mismos elementos anteriores, las armaduras transversales deben tener un diámetro no inferior a 8 miri y deben disponerse con una separación no superior al menor de los tres valores siguientes: 200 mm, 12 Ø y la menor dimensión del núcleo de hormigón encerrado por la armadura transversal.
 
c) El cálculo de soportes puede realizarse según uno u otro de los métodos que se exponen a continuación:
Suponer como área resistente efectiva del hormigón, la correspondiente al núcleo Confinado por la armadura transversal, el cual ofrece una resistencia mayor que la parte exterior de recubrimiento. En esta hipótesis, debe adoptarse como resistencia de cálculo la misma que para hormigones convencionales (apartado 18.4).
Suponer, como sección resistente del hormigón, la sección total o bruta del soporte, A, con el recubrimiento incluido. En esta hipótesis, debe adoptarse como resistencia de cálculo f, la definida por la expresión:
en la que las tres resistencias se expresan en Nírnm2.
 
d,) Para los cálculos de inestabilidad son válidos los mismos métodos que para hormigón convencional. Cuando sea necesario utilizar el diagrama momentos-curvatura, se tendrá en cuenta el valor de la deformación última indicado en 7.44.°
 
e) Para las comprobaciones de cortante y punzonamiento pueden emplearse las mismas fórmulas que con hormigón convencional, pero limitando en los cálculos el valor de la resistencia características del hormigón a 65 N/rnm2 corno máximo. De este modo resultará un valor reducido para la colaboración del hormigón V a cortante (ver párrafo 1 .g anterior) en el estado último de agotamiento por tracción, así como para el valor límite admisible en el estado último de agotamiento por compresión.
 
f) Para los cálculos a torsión, fisuración y deformaciones, son aplicables los mismos métodos
que con hormigón convencional.