Concreto armado
La técnica constructiva del hormigón armado o concreto armado consiste en la combinación de dos materiales: el hormigón y el acero corrugado.
Estos materiales se combinan con el fin de conformar elementos estructurales como forjados, vigas, pilares, muros y cimientos de distinta entidad, entre otros.
Garantizar la adherencia entre estos dos materiales permite que trabajen como uno solo.
Para asegurar la adherencia, la mezcla de hormigón recubre en su interior las barras o mallas de acero corrugado, denominadas armaduras.
El hormigón armado se utiliza en edificios de todo tipo, caminos, puentes, presas, túneles y obras industriales.
La invención del hormigón armado se suele atribuir a Joseph-Louis Lambot, que en 1848 produjo el primer barco de hormigón armado conocido y lo ensayó en el lago de Besse-sur-Issole.
El prototipo original se conserva en el museo de Brignoles.
[2] François Coignet en 1861 ideó la aplicación en estructuras como techos, paredes, bóvedas y tubos.
A su vez, el francés Joseph Monier patentó varios métodos en la década de 1860.
Muchas de estas patentes fueron obtenidas por G. A. Wayss en 1866 de las empresas Freytag und Heidschuch y Martenstein, fundando una empresa de hormigón armado, en donde se realizaban pruebas para ver el comportamiento resistente del hormigón, asistiendo el arquitecto prusiano Matthias Koenen a estas pruebas.
Koenen estuvo efectuando cálculos que fueron publicados en un folleto llamado «El sistema Monier, armazones de hierro cubiertos de cemento» y que fue complementado en 1894 por Edmond Coignet y De Tédesco.
Este método publicado en Francia agregó además el comportamiento de la elasticidad del hormigón como factor en los ensayos.
Estos cálculos fueron confirmados por otros ensayos realizados por Eberhard G. Neumann en 1890.
Bauschinger y Bach comprobaron las propiedades del material frente al fuego y su resistencia logrando ocasionar un gran auge en Alemania por la seguridad del producto.
[3] En España, el hormigón armado comienza su andadura en Lérida de la mano del ingeniero militar Francesc Macià, que diseñó el depósito de agua de Puigverd con la patente del francés Joseph Monier.
No obstante, la expansión de esta nueva técnica constructiva se produce por el empuje comercial de François Hennebique por medio de su concesionario en San Sebastián Miguel Salaverría y del ingeniero José Eugenio Ribera, entonces destinado en Asturias.
Los primeros aportes teóricos los realizaron prestigiosos investigadores alemanes, tales como Wilhem Ritter, quien desarrolló en 1899 la teoría del «reticulado de Ritter-Mörsch».
Los estudios teóricos fundamentales se gestaron durante el primer tercio del siglo XX.
Existen varias características responsables del éxito del hormigón armado: El hormigón en masa es un material moldeable y con buenas propiedades mecánicas y de durabilidad y, aunque resiste tensiones y esfuerzos de compresión apreciables, tiene una resistencia a la tracción muy reducida.
Este esqueleto tiene la misión de resistir las tensiones de tracción que aparecen en la estructura, mientras que el hormigón resistirá la compresión (siendo más barato que el acero y ofreciendo propiedades de durabilidad adecuadas).
Por ejemplo, una combinación adecuada de estas variables puede permitir la fluencia del acero y así conferir una mayor ductilidad de manera que se deformen lo suficiente como para ser visible antes del colapso.
No obstante, un elemento con demasiado acero corrugado en su interior puede presentar una rotura frágil, pues las barras al no permitir esa cierta ductilidad no presentará signos evidentes de deformación.
Es por ello que, en general, las normativas relativas a esta cuestión limitan la cantidad máxima de acero que se puede colocar en los puntos más críticos de las estructuras.
En los elementos lineales alargados, como vigas y pilares, se colocan barras longitudinales de acero, llamadas armado principal o longitudinal.
Estas barras de acero se dimensionan de acuerdo a la magnitud del esfuerzo axial y los momentos flectores, mientras que el esfuerzo cortante y el momento torsor condicionan las características de la armadura transversal o secundaria.
Los elementos resistentes de estas características presentan un mecanismo resistente más complejo debido a la concurrencia de dos materiales diferentes, hormigón y acero, con módulos de Young muy diferentes.
Las diferentes propiedades mecánicas de ambos materiales presentes en un elemento de hormigón armado hace que las ecuaciones de equilibrio que enlazan los esfuerzos internos introducidos por las fuerzas y tensiones del hormigón y del acero no sean tan simples como las de secciones homogéneas, que son las usadas en la teoría de Euler-Bernoulli.
Por otra parte los esfuerzos soportados por el bloque comprimido de hormigón vienen dados por:
Donde: Con las mismas notaciones, la armadura de tracción se calcula como:
El problema de comprobación consiste en, dada una sección completamente definida por sus dimensiones geométricas y un cierto número de barras con una disposición bien definida, comprobar mediante cálculo si dicha sección será capaz de soportar los esfuerzos inducidos en ella por la acción de cargas conocidas.
