Armaduras para Hormigón armado: Generalidades

De acuerdo con la Instrucción española, las armaduras empleadas en hormigón armado pueden ser barras corrugadas de acero soldable, mallas electrosoldadas o armaduras básicas electrosoldadas en celosía. Con esta formulación, que no admite el empleo de barras lisas como armaduras para hormigón armado, la normativa española se aproxima aún más a la europea (Normas EN 10080 e ISO 6935-2).

Aparte del tipo de acero, interesa tener en cuenta las características geométricas, mecánicas, de ductilidad y de adherencia de las armaduras, así como su aptitud al soldeo. A continuación se estudia cada uno de estos aspectos.

Características Geométricas.

Características Mecánicas.

Características de adherencia.

Ductilidad del acero.

Aptitud al soldeo del acero.

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.

Cimbras cuajadas de puentes: Recomendaciones generales.

Se incluye una relación de normas de buena ejecución que, aún no siendo exhaustiva, su cumplimiento ayudará a evitar las causas principales de accidentes en este tipo de estructuras.

  •   Se tendrá un especial cuidado en .disponer las cuñas necesarias para los apoyos de elementos inclinados sobre otros horizontales. Estas cuñas deben de ir solidarias con el elemento inclinado para no trasmitir empujes laterales.

  •   Con el fin de no introducir flexiones en los pies derechos, las vigas de cabeza deben apoyar centrados con los tubos verticales; para garantizar esto, se dispondrán de elementos de centrado. En general, no se recomienda el uso de cuñas de madera para el centrado de vigas metálicas ya que es probable que se muevan.

  •   Todos los elementos verticales estarán convenientemente dispuestos a tope contra el elemento inferior al que trasmite la carga, ya sea tubo contra tubo o apoyo inferior contra cimentación, es decir, se evitarán las holguras. En el caso de que existan tubos con pasadores se revisarán que están todos convenientemente montados.

  •   La fijación de las diagonales de arriostramiento debe hacerse lo más próximo posible a los nudos de unión de elementos verticales y horizontales de las torres. En el caso de que las fuerzas horizontales no puedan pasar a través de los husillos se dispondrán las diagonales hasta la coronación o al apoyo inferior de la torre, y se fijarán en coronación o en arranque de los husillos superior e inferior respectivamente.

  •            En todos los encofrados verticales o inclinados que absorban los empujes horizontales del hormigón fresco, se cuidará el perfecto ajuste de los latiguillos de atado de encofrados opuestos.

  •   Antes de dar por válida la cimbra para el hormigonado del tablero, se revisará para garantizar la inmovilización de todos los elementos y la correcta materialización de todas las uniones y apoyos.

  •   Si se hace una escalonado en terraplenes, se ejecutará cada escalón con sobre-ancho

para su óptima compactación y, posteriormente, se retirará

  •   Durante el hormigonado del tablero, se pondrá especial cuidado en no provocar acumulaciones puntuales de hormigón que generen cargas superiores a las que en cada zona trasmite la sección de proyecto del tablero. Asimismo debe minimizarse el impacto producido por el hormigón al ser vertido por la manguera de bombeo. Son especialmente sensibles a estos fenómenos las zonas de alas en los tableros con sección de viga gaviota.

Cimbras cuajadas de puentes:Estructura encofrante, Barcos transversales, Torres, Cimentación.

Se trata de cimbras que transmiten directamente las cargas al suelo. Suelen tener alturas pequeñas, (hasta 12 a 15 metros), ya que para alturas superiores se suele utilizar torres más potentes y vigas entre ellas.

Pueden   tener dos zonas claramente diferenciadas: unas zonas cuajadas (cimbra apoyada o cuajada), con torres dispuestas en toda la planta de la estructura y otras zonas diáfanas (cimbra porticada). La cimbra porticada se suele disponer en las zonas de paso y en pendientes del terreno para salvar desmontes o terraplenes. Tanto la zona de cimbra cuajada como la porticada están compuestas de diferentes elementos:

Estructura encofrante. Se trata de los tableros de encofrado a los que se les da rigidez mediante correas, que en ocasiones son de madera.

Barcos transversales. Son estructuras transversales que dan forma a la sección del tablero y que se apoyan en los cabeceros de las torres.

Esquema y nomenclatura de diferentes elementos

Vigas de reparto. Debajo de los barcos y sobre las torres puede haber o no vigas de reparto
cuya misión es transmitir a las torres la carga centrada y repartida entre sus pies derechos.

Vigas de vano. Su misión es saltar un vano sobre un desnivel o permitir un paso bajo la cimbra.
Dependiendo de su luz pueden ser simples perfiles laminados o vigas en celosía.

Torres. Están formadas por pies derechos, generalmente de sección tubular o perfiles
laminados, que pueden estar unidos o no en parejas con elementos soldados, estos conjuntos
se llaman bastidores o marcos. 

Esquema de torre

En general se montan en grupos de cuatro montantes (o pies derechos), y cuentan en cabeza con husillos regulables acabados en horquillas que recogen las cargas mediante el apoyo de las vigas de cabeza. En su pié llevan bases regulables formadas por husillos y placa de base.

Los husillos inferiores permiten la verticatidad de la torre y conjuntamente con los superiores el ajuste en altura. La tendencia a disminuir el peso de estos elementos ha llevado a que se usen como torres elementos y sistemas propios de los andamios, que, en ocasiones, no son adecuados para las cargas que reciben. Su escasez de arriostramiento solo las permite soportar cargas ligeras.

La necesidad de aligerar el material para facilitar el montaje ha impulsado la tendencia a sopor-tar las cargas verticales con muchos elementos muy ligeros en vez de concentrarlas en pocos más potentes. 

Arriostramiento. Garantizan que la estructura puede transmitir las cargas horizontales que recibe y disminuye la longitud de pandeo. Pueden distinguirse tres niveles diferentes:

•  a) El arriostramiento de la propia torre entre sus cuatro pies derechos.
•  b) El de planos verticales entre torres.
•  c) El de planos horizontales entre torres.

En algunos casos los arriostramientos no coinciden con los nudos de la estructura, práctica que desde el punto de vista teórico no es recomendable, ya que introduce flexiones no deseadas en los montantes. Para el caso particular de torres de tubos existen recomendaciones y reglas que limitan estas excentricidades.

Cimentación. La cimentación de la cimbra depende del valor de las cargas trasmitidas y de la capacidad resistente del terreno. Como cimentación de las torres puede disponerse bajo cada pie derecho zapatas formadas por durmientes de madera, o bien zapatas de hormigón para cada torre o conjunto de torres en el caso de cargas más elevadas. En algunos casos es necesaria la disposición de cimentación profunda, lo cual puede aconsejar otros procedimientos de cimbrado.

Seguridad en el empleo de la cimbra.

Las operaciones que son precisas realizar en las cimbras para su montaje, utilización (ferrallado, hormigonado...), maniobras y descimbrado, se efectúan generalmente por operarios que han de llegar a los elementos correspondientes. Es preciso proporcionarles accesos y superficie de trabajo razonablemente seguros para evitar golpes con la propia cimbra o caídas, la mayoría de las veces desde una altura que puede ser mortal.

Se han de conocer unas nociones sobre las medidas que se han de tomar para garantizar la seguridad de los trabajadores que operen en la cimbra.

Para garantizar la seguridad de las personas es imprescindible actuar en cuatro direcciones:

  •   Poner los medios adecuados para poder hacer las operaciones necesarias en condiciones razonables de seguridad.

  •   Tener la actitud, en la realización de esas operaciones, de previsión de los riesgos que supone cada actuación. Para ello es esencial por un lado la formación y por otro la vigilancia la cual se debe realizar principalmente por los mandos intermedios (encargados y capataces) los cuales detectaran los riesgos y harán cumplir las normas.

  •   La seguridad estructural que garantiza que cada uno de los elementos de la estructura soporta las cargas con deformaciones adecuadas. Hay que destacar también las condiciones de estabilidad y vuelco en condiciones de movimientos montajes desmontajes y traslados.

  •   El fallo de un elemento o un error humano debe producir un incidente de menores consecuencias pero no un gran daño. Por este motivo hay que hacer un ejercicio en los elementos esenciales de las consecuencias de su fallo para minimizarlas.

Todas  las operaciones deberán ser supervisadas por el responsable de la empresa suministradora de la cimbra y de la ejecutora de la estructura, independientemente de la necesaria presencia del responsable de Seguridad y Salud de la obra.