Formigón armao

Armadura y estribos o aniellos antes del hormigonado.

La téunica constructiva del formigón armao consiste nel usu de formigón reforzao con barres o mallas d'aceru, llamaes armadures. Tamién puede armase con fibres, tales como fibres plástiques, fibra de vidriu, fibres d'aceru o combinaciones de barres d'aceru con fibres dependiendo de los requerimientos a los que va tar sometíu. El formigón armao utilízase n'edificios de too tipu, caminos, pontes, preses, túneles y obres industriales. L'usu de fibres ye bien común na aplicación de formigón proyeutao o shotcrete, especialmente en túneles y obres civiles polo xeneral.

Historia

Pilar d'una ponte de formigón armao.

Armáu de la construcción de la basílica de la Sagrada Familia.

La invención del formigón armao suelse atribuyir a Joseph-Louis Lambot, qu'en 1848 produció'l primer barcu de formigón armao conocíu y ensayar nel llagu de Besse-sur-Issole. El prototipu orixinal caltiénse nel muséu de Brignoles.^[1] Esti barcu foi patentáu'l 30 de xineru de 1855 y presentáu na Esposición universal en París, esi añu 1855. Lambot, tamién publicó'l llibru Les bétons agglomerés appliqués á l'art de construire (Aplicaciones del formigón al arte de construyir), onde espón el sistema de construcción.^[2] François Coignet en 1861 escurrió l'aplicación n'estructures como techos, parés, bóvedes y tubos. De la mesma el francés Joseph Monier patentó dellos métodos na década de 1860. Munches d'estes patentes fueron llograes por G. A. Wayss en 1866 de les empreses Freytag und Heidschuch y Martenstein, fundando una empresa de formigón armao, onde se realizaben pruebes pa ver el comportamientu resistente del formigón, asistiendo l'arquiteutu prusianu Matthias Koenen a estes pruebes, efectuando cálculos que fueron publicaos nun folletu llamáu «El sistema Monier, armazones de fierro cubiertos de cementu», que foi complementáu en 1894 por Edmond Coignet y De Tédesco, métodu publicáu en Francia amestando'l comportamientu de la elasticidá del formigón como factor nos ensayos.

Estos cálculos fueron confirmaos por otros ensayos realizaos por Eberhard G. Neumann en 1890. Bauschinger y Bach comprobaron les propiedaes del material frente al fueu y la so resistencia llogrando causar una gran puxanza n'Alemaña pola seguridá del productu. Foi François Hennebique quien escurrió un sistema convincente de formigón armao, patentáu en 1892, qu'utilizó na construcción d'una fábrica de filaos en Tourcoing, Lille, en 1895.^[3]

N'España, el formigón armao enfusa en Lleida de la mano del inxenieru militar Francesc Macià que diseñó'l depósitu d'agua de Puigverd cola patente del francés Joseph Monier. Pero la espansión de la nueva téunica va producir pol emburrie comercial de François Hennebique per mediu del so concesionariu en San Sebastián Miguel Salaverría y del inxenieru José Eugenio Ribera, entós destináu n'Asturies, qu'en 1898 va construyir los forxaos de la cárcel d'Uviéu, el tableru de la ponte de Ciañu y el depósitu d'agües de Llanes.

El primer edificiu d'entidá construyíu con formigón armao ye la fábrica de farines La Ceres en Bilbao,^[4] de 1899-1900 (entá güei de pies y rehabilitada como viviendes) y la primer ponte importante, con arcos de 35 metros de lluz, el llevantáu sobre'l Nervión-Ibaizabal en La Peña, pal pasu de la tranvía de Arratia ente Bilbao y Arrigorriaga (sumíu nes riaes del añu 1983).^[5] Nenguna de los dos obres foi dirixida por Ribera, quien llueu s'independizó de tutelar del empresariu francés, sinón polos mozos inxenieros Ramón Grotta y Gabriel Rebollo de la oficina madrilana de François Hennebique.

Diseñu d'estructures de formigón armao Hennebique

y los sos contemporáneos basaben el diseñu de les sos patentes en resultaos esperimentales, por aciu pruebes de carga; los primeres apurras teóricos realizar prestixosos investigadores alemanes, tales como Wilhem Ritter, quien desenvuelve en 1899 la teoría del «Reticuláu de Ritter-Mörsch». Los estudios teóricos fundamentales van xestar nel sieglu XX.

Esisten delles carauterístiques responsables del ésitu del formigón armao:

• El coeficiente de dilatación del formigón ye similar al del aceru, siendo despreciables les tensiones internes por cambeos de temperatura.
• Cuando'l formigón cuaya contráise y prime fuertemente les barres d'aceru, creando amás fuerte adherencia química. Les barres, o fibres, suelen tener resaltes na so superficie, llamaes corrugas o trefilado, que favorecen l'adherencia física col formigón.
• A lo último, el pH alcalín del cementu produz la pasivación del aceru, fenómenu qu'ayuda a protexelo de la escomiu.
• El formigón qu'arrodia a les barres d'aceru xenera un fenómenu de confinamientu que torga'l so pandeo, optimizando'l so emplegu estructural.

Monier patentó dellos métodos na década de 1860. Munches d'estes patentes fueron llograes por G. A. Wayss en 1866 de les empreses Freytag und Heidschuch y Martenstein, fundando una empresa de formigón armao, onde se realizaben pruebes pa ver el comportamientu resistente del formigón, asistiendo l'arquiteutu prusianu Matthias Koenen a estes pruebes, efectuando cálculos que fueron publicaos nun folletu llamáu «El sistema Monier, armazones de fierro cubiertos de cementu», que foi complementáu en 1894 por Edmond Coignet y De Tédesco, métodu publicáu en Francia amestando'l comportamientu de la elasticidá del formigón como factor nos ensayos.Monier patentó dellos métodos na década de 1860. Munches d'estes patentes fueron llograes por G. A. Wayss en 1866 de les empreses Freytag und Heidschuch y Martenstein, fundando una empresa de formigón armao, onde se realizaben pruebes pa ver el comportamientu resistente del formigón, asistiendo l'arquiteutu prusianu Matthias Koenen a estes pruebes, efectuando cálculos que fueron publicaos nun folletu llamáu «El sistema Monier, armazones de fierro cubiertos de cementu», que foi complementáu en 1894 por Edmond Coignet y De Tédesco, métodu publicáu en Francia amestando'l comportamientu de la elasticidá del formigón como factor nos ensayos.Monier patentó dellos métodos na década de 1860. Munches d'estes patentes fueron llograes por G. A. Wayss en 1866 de les empreses Freytag und Heidschuch y Martenstein, fundando una empresa de formigón armao, onde se realizaben pruebes pa ver el comportamientu resistente del formigón, asistiendo l'arquiteutu prusianu Matthias Koenen a estes pruebes, efectuando cálculos que fueron publicaos nun folletu llamáu «El sistema Monier, armazones de fierro cubiertos de cementu», que foi complementáu en 1894 por Edmond Coignet y De Tédesco, métodu publicáu en Francia amestando'l comportamientu de la elasticidá del formigón como factor nos ensayos.

Cálculu d'elementos de formigón

Enconto

Muséu del Formigón Angel Mateos

El formigón en masa ye un material moldiable y con bones propiedaes mecániques y de durabilidá, y anque aguanta tensiones y esfuerzo de compresión apreciables tien una resistencia a la traición bien amenorgada. P'aguantar afechiscamente esfuercios de traición ye necesariu combinar el formigón con una cadarma d'aceru. Esta cadarma tien la misión aguantar les tensiones de traición qu'apaecen na estructura, ente que'l formigón va aguantar la compresión (siendo más baratu que l'aceru y ufiertando propiedaes de durabilidá fayadices).

Per otru llau, l'aceru confier a les pieces mayor ductilidá, dexando que les mesmes se deformen apreciablemente antes de la falla. Una estructura con más aceru va presentar una manera de fallu más dúctil (y, por tanto, menos fráxil); esa ye la razón pola que munches instrucciones esixen una cantidá mínima d'aceru en ciertes seiciones crítiques.

Nos elementos lliniales allargaos, como vigues y pilastraes asítiense barres llonxitudinales d'aceru, llamaes armáu principal o llonxitudinal. Estes barres d'aceru se dimensionan d'alcuerdu a la magnitú del esfuerciu axial y los momentos flectores, ente que l'esfuerciu cortante y el momentu torsor condicionen les carauterístiques de l'armadura tresversal o secundaria.

Tipos d'esfuercios

• Traición: Un elementu ta sometíu a Traición cuando sobre él actúen fuercies que tienden a espurrilo. los tensores son elementos resistentes qu'aguanten perbién esti tipu d'esfuercios
• Compresión: Un elementu ta sometíu a Compresión cuando sobre él actúen fuercies que tienden a entartallalo.Les pilastres y columnes son exemplos d'ello.
• Flexón:^[6] Un elementu ta sometíu a Flexón cuando actúen sobre él cargues que tiendan a doblar. A esti tipu d'esfuerciu vense sometíes les vigues d'estructures.^[7]

Cálculu de vigues y pilastres de formigón armao

La simple teoría de vigues de Euler-Bernoulli nun ye afecha pal cálculu de vigues o pilastres de formigón armao. Los elementos resistentes de formigón armao presenten un mecanismu resistente más complexu por cuenta de la concurrencia de dos materiales distintos, formigón y aceru, con módulos de Young bien distintos y los momento d'inercia son variables d'alcuerdu al tamañu de les fisuras de los elementos. Les distintes propiedaes mecániques de formigón y aceru impliquen que nun elementu de formigón armao la tensión mecánico de les armadures y el formigón en contautu con elles sían distintos; esi fechu fai que les ecuaciones d'equilibriu qu'enllacen los esfuercios internos inducíos poles fuercies y tensiones en formigón y aceru nun sían tan simples como les de seiciones homoxénees, usaes na teoría de Euler-Bernouilli.

Na Instrucción Española del Formigón Estructural les ecuaciones d'equilibriu mecánicu pal esfuerciu axil N y el momentu flector M d'una seición rectangular pueden escribise de forma bien averada como:

${\displaystyle {\begin{cases}N=N_{c}(X)+O_{s1}{\cfrac {\sigma _{s1}(X)}{f_{yd}}}+O_{s2}{\cfrac {\sigma _{s2}(X)}{f_{yd}}}\\Ne_{1}=M_{c}(X,d)+O_{s2}{\cfrac {\sigma _{s2}(X)}{f_{yd}}}(d-d')\\Ne_{2}=M_{c}(X,d')-O_{s1}{\cfrac {\sigma _{s1}(X)}{f_{yd}}}(d-d')\end{cases}},\qquad y_{1}={\frac {d-d'}{2}}+{\frac {M}{N}},\ y_{2}={\frac {d-d'}{2}}-{\frac {M}{N}}}$

Onde:

${\displaystyle d,d',X\,}$, son magnitúes xeométriques. Respeutivamente: el cantar útil, el recubrimientu y la fondura de la fibra neutra al respective de la fibra más estruyida del formigón.

${\displaystyle \sigma _{s1},\sigma _{s2},f_{yd}\,}$ son respeutivamente la "tensión de l'armadura de traición" (o menos estruyida), la "armadura de compresión" (o más estruyida) y la tensión de diseñu del aceru de les armadures.

${\displaystyle O_{s1},O_{s2}\,}$, son les cuantíes mecániques, rellacionaes cola área tresversal d'aceru de les armadures.

${\displaystyle N_{c}(X),M_{c}(X,\cdot )\,}$, son l'esfuerciu axil y el momentu flector resultantes de les tensiones de compresión nel formigón, en función de la posición de la llinia neutra.

Si usa'l diagrama rectángulo normalizáu pa representar la rellación de tensión-deformación del formigón entós les tensiones de l'armadura de traición y de compresión pueden espresase nes funciones anteriores como:

${\displaystyle {\frac {\sigma _{s1}(X)}{f_{yd}}}={\begin{cases}-1&-\infty <X<0,625d\\{\cfrac {5}{3}}{\cfrac {X-d}{X}}&0,625d<X<h\\{\cfrac {X-d}{X-0,4h}}&h<X\end{cases}},\quad {\frac {\sigma _{s2}(X)}{f_{yd}}}={\begin{cases}-1&-\infty <X<-0,5d'\\{\cfrac {2}{3}}{\cfrac {X-d'}{d'}}&-0,5d'<X<2,5d'\\1&2,5d'<X\end{cases}}}$

Per otra parte los esfuercios soportaos pol bloque estruyíu de formigón vienen daos por:

${\displaystyle N_{c}(X)={\begin{cases}0&-\infty <X\leq 0\\0,68f_{cd}bX&0<X\leq 1,25h\\0,85f_{cd}bh&1,25h<X\end{cases}},\quad M_{c}(X,y)={\begin{cases}0&-\infty <X\leq 0\\0,68bX(y-0,4X)&0<X\leq 1,25h\\0,85f_{cd}bh/y-0,5h)&1,25h<X\end{cases}}}$

Dimensionado de seiciones

El problema del dimensionado de seiciones referir a daes unes cargues y unes dimensiones xeométriques de la seición determinar la cantidá d'aceru mínimo pa garantizar la fayadiza resistencia del elementu. La minimización del costu xeneralmente implica considerar delles formes pa la seición y el cálculu de les armadures pa caúna d'eses seiciones posibles, pa calcular el costu emponedor de cada posible solución.

Una seición d'una viga sometida a flexón simple, rique obligatoriamente una armadura (conxuntu de barres) de traición asitiada na parte traccionada de la seición, y dependiendo del momentu flector puede riquir tamién una armadura na parte estruyida. L'área de dambes armadures d'una seición rectangular puede calculase aproximao por aciu los siguientes xuegos de fórmules:

${\displaystyle O_{s2}={\begin{cases}0&M_{d}<0,375O_{0}d_{1}\\{\frac {M_{d}-0,375O_{0}d_{1}}{d_{1}-d_{2}}}&M_{d}\geq 0,375O_{0}d_{1}\end{cases}},\qquad A_{s2}={\frac {O_{s2}}{f_{yd}}}}$

Onde:

${\displaystyle O_{s2}\,}$, ye la cuantía mecánica d'armadura de compresión.

${\displaystyle A_{s2}\,}$, ye l'área total de l'armadura de compresión.

${\displaystyle O_{0}=0,85f_{cd}bd_{1}\,}$, ye la cuantía mecánica d'armadura de compresión.

${\displaystyle d_{1},d_{2}\,}$, distancies dende la fibra más estruyida a l'armadures de traición y a l'armadura de compresión.

${\displaystyle b\,}$, anchu de la seición.

Coles mesmes notaciones, l'armadura de traición calcúlase como:

${\displaystyle O_{s1}={\begin{cases}O_{0}\left(1-{\sqrt {1-{\frac {2M_{d}}{O_{0}d_{1}}}}}\right)&M_{d}<0,375O_{0}d_{1}\\0,5O_{0}+O_{s2}&M_{d}\geq 0,375O_{0}d\end{cases}},\qquad A_{s1}={\frac {O_{s1}}{f_{yd}}}}$

Comprobación de seiciones

El problema de comprobación consiste en dada una seición dafechu definida poles sos dimensiones xeométriques y un ciertu númberu de barres con una disposición bien definida, comprobar por aciu cálculu si dicha seición va ser capaz de soportar los esfuercios inducíos nella pola aición de cargues conocíes.

Definiciones

• Armadura principal (o llonxitudinal): Aquella riquida p'absorber los esfuercios de traición na cara inferior en vigues solicitaes a flexón compuesta, o bien l'armadura llonxitudinal en columnes.
• Armadura secundaria (o tresversal): Toa armadura tresversal a la exa de la barra. En vigues toma esfuercios de corte, caltién les posiciones de l'armadura llonxitudinal cuando'l formigón atopar n'estáu frescu y amenorga el llargor efectivu de pandeo de les mesmes.
• Ensobia: Nome xenéricu dadu a una barra o alambre individual o continuu, qu'abraza y confina l'armadura llonxitudinal, doblada en forma de círculu, rectángulu, o otra forma poligonal, ensin esquines reentrantes. Ver Estribu.
  • Cercu: Amarra zarrada o doblada continua. Una amarra zarrada pue tar constituyida por dellos elementos de refuerzu con gabitos sísmicos en cada estremu. Una amarra doblada continua tien de tener un gabitu sísmicu en cada estremu.
  • Estribu: Armadura abierta o zarrada emplegada p'aguantar esfuercios de corte nun elementu estructural; polo xeneral, barres, alambres o malla electrosoldada d'alambre (llisu o estriáu), yá seya ensin dobleces o doblaos, en forma de L, d'O o de formes rectangulares, y asitiaos perpendicularmente o n'ángulu, con al respective de l'armadura llonxitudinal. El términu finco aplícase, de normal, a l'armadura tresversal d'elementos suxetos a flexón y el términu ensobia a los que tán n'elementos suxetos a compresión. Ver tamién Ensobia. Cabo señalar que si extisten esfuercios de torsión, l'estribu tien de ser zarráu.
  • Zuncho: Amarra continua endolcada en forma de héliz cilíndrica emplegada n'elementos sometíos a esfuercios de compresión que sirve pa confinar l'armadura llonxitudinal d'una columna y la porción de les barres doblaes de la viga como anclaje na columna. L'espaciamientu llibre ente espirales tien de ser uniforme y alliniáu, non menor a 80 mm nin mayor a 25 mm ente sigo. Pa elementos hormigonados n'obra, el diámetru de los zunchos nun tien de ser menor que 10 mm.
• Barres de distribución: Polo xeneral, son aquelles barres destinaes a caltener el distanciamientu y el fayadizu funcionamientu de les barres principales nes lloses de formigón armao.
• Barres de retraición: Son aquelles barres instalaes nes lloses onde l'armadura por flexón tien un solu sentíu. Instalar n'ángulu rectu con al respective de l'armadura principal y distribúyense uniformemente, con una separación non mayor a 3 vegaes la espesura de la llosa o menor a 50 cm ente sigo, al envís d'amenorgar y controlar los resquiebros que se producen por cuenta de la retraición mientres el procesu de cuayáu del formigón, y p'aguantar los esfuercios xeneraos polos cambeos de temperatura.
• Gabitu sísmicu: Gabitu d'un estribu, cercu o traba, con una doblez de 135° y con una estensión de 6 vegaes el diámetru (pero non menor a 75 mm) qu'enllaza l'armadura llonxitudinal y proyéctase escontra l'interior del estribu o cercu.
• Traba: Barra continua con un gabitu sísmicu nun estremu, y un gabitu non menor de 90°, con una estensión mínima de 6 vegaes el diámetru nel otru estremu. Los gabitos tienen d'enllazar barres llonxitudinales perifériques. Los gabitos de 90° de dos trabes tresversales consecutives qu'enllacen les mesmes barres llonxitudinales, tienen de quedar colos estremos alternaos.

Normatives rellacionaes

• La normativa española Instrucción Española del Formigón Estructural EHE-99 de 1999, quedó derogada definitivamente'l 1 d'avientu de 2008 en favor de la EHE-08.^[8]
• La normativa d'ámbitu européu, anque non d'obligáu cumplimientu, ye l'Eurocódigo 2: Proyeutu d'Estructures de Formigón.
• La normativa arxentina de referencia ye'l Reglamentu CIRSOC 201 - 2005, que reemplaza al antiguu CIRSOC 201-1982. La nueva normativa ta basada nel reglamentu ACI estauxunidense, en contraposición col de 1982, que tomaba la base de l'antigua normativa DIN alemana.
• El citáu reglamentu estauxunidense ye'l ACI 318-05 (American Concrete Institute).

Ver tamién

• Aluminosis
• Aceru corrugado
• Encofráu
• SS Faith

Referencies

1. «-y prototype orixinal de la barque de Joseph Lambot caltuvi au musée de Brignoles.». Archiváu dende l'orixinal, el 2006-05-03.
2. CEDEX (España)
3. James Strike, Pérez Arroyo, 2004, páxs. 66-67.
4. «La fábrica Ceres de Bilbao. Revísta d'Obres Públiques, 1901». Archiváu dende l'orixinal, el 2016-03-04.
5. La ponte de la tranvía en La Peña
6. «TIPO D'ESFUERZOS».
7. Esfuercios nes estructures
8. Anunciu oficial del Ministeriu de Fomentu (España)

Bibliografía

• Mattheiss, Jürgen (1980). Formigón armao, formigón armao allixeráu, formigón pretensado. Ed. Reverté S. A.. ISBN 84-291-2057-2.
• Rosell, Jaume; Cárcamo, Joaquín (1995). Los oríxenes del formigón armao y la so introducción en Bizkaia. La fábrica Ceres de Bilbao. Colexu Oficial d'Apareyadores y Arquiteutos Téunicos de Bizkaia. ISBN 84-922167-0-0.

Enllaces esternos

• Videos didácticos sobre la hestoria del formigón armao n'España
• CIRSOC 201, reglamentu arxentín de construcción en Formigón armao

• Datos: Q184190
• Multimedia: Reinforced concrete