Estructuras de Concreto Armado

El armado de estructuras de concreto representa una piedra angular en la ingeniería y construcción modernas. Estas estructuras, conocidas por su durabilidad y resistencia, son fundamentales en una variedad de proyectos, desde edificios residenciales y comerciales hasta infraestructuras como puentes y presas. El concreto armado, una combinación de concreto reforzado con barras de acero, no solo brinda soporte estructural, sino que también asegura la longevidad y la seguridad de las construcciones.

En este post, exploraremos en profundidad las estructuras de armado de concreto. Abordaremos los principios básicos de su diseño y construcción, incluyendo la selección de materiales, el cálculo de cargas y tensiones, y las técnicas de armado. Además, discutiremos las últimas innovaciones y prácticas sostenibles en el campo, destacando cómo estas estructuras no solo cumplen con las necesidades actuales sino que también se adaptan a los desafíos futuros. Ya sea que seas un estudiante de ingeniería, un profesional experimentado o simplemente alguien interesado en el fascinante mundo de la construcción, este post te ofrecerá una visión integral de las estructuras de armado de concreto.

Estructuras de Concreto Armado

Qué es el Concreto Armado

Podría decirse que el concreto es el material de construcción más utilizado en el mundo. Se produce a partir de una mezcla de cemento, arena, grava y agua mediante un proceso conocido como reacción de hidratación. En su estado fresco, el concreto se puede verter en diferentes moldes y formas para conseguir la forma deseada. Esta es una de las razones por las que es un material de construcción atractivo.

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En su estado endurecido, el concreto tiene muy buena compresión, pero débil tensión. Para aumentar esta debilidad inherente del concreto a la tracción, normalmente se introduce refuerzo de acero para absorber las tensiones de tracción. Cualquier estructura formada por refuerzo de acero incrustado en concreto para formar un compuesto resistente a cargas se conoce como estructura de concreto armado. El proceso de especificar los tamaños de los miembros de concreto y el área de acero requerida para garantizar el buen desempeño de una estructura bajo carga se conoce como diseño de concreto reforzado.

Comportamiento de las Estructuras de Concreto Armado

La clave del buen comportamiento de las estructuras de concreto armado reside en la acción complementaria del concreto y el acero. Esta acción compuesta pero complementaria se destaca en la siguiente tabla;

PropiedadconcretoAcero
Resistencia a la tracciónpobrebien
fuerza compresivabienBien (pero los miembros delgados se doblarán)
Resistencia a la cizalladuraJustobien
DurabilidadbienRegular (se corroerá si no está protegido)
resistente al fuegobienPobre (perderá fuerza a temperaturas elevadas)

Al observar la tabla anterior, puede ver que todas las propiedades deseables enumeradas se lograrán si se combinan los dos materiales. El diseño estructural de estructuras de concreto armado tiene como objetivo aprovechar las características diferentes pero complementarias del concreto y el acero. Algunos de los supuestos teóricos básicos que se hacen en el diseño son los siguientes;

  • La resistencia del concreto a la tensión es cero (no es cierto en la práctica, la resistencia a la tracción del concreto es aproximadamente el 10% de su resistencia a la compresión, pero esta resistencia generalmente se ignora en el diseño del estado límite último)
  • La unión entre acero y concreto es perfecta.
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Con base en estos supuestos, todos los esfuerzos de tracción en una estructura se transfieren a los refuerzos durante el diseño. Estas tensiones de tracción se transfieren mediante la unión entre el concreto y la armadura. El supuesto de unión perfecta exige que la deformación en el refuerzo sea idéntica a la deformación en el concreto adyacente (compatibilidad de deformaciones). Además, los coeficientes de expansión térmica para el acero y el concreto son del orden de 10 x 10 -6 por ℃ y 7-12 x 10 -6 por ℃ respectivamente. Estos valores son lo suficientemente cercanos como para que rara vez surjan problemas de unión debido a la expansión diferencial entre los dos materiales en rangos de temperatura normales.

Prácticamente, si la unión entre armadura y acero no es la adecuada. Las barras de refuerzo se deslizarán dentro del concreto y no habrá acción compuesta. Se garantiza una unión adecuada detallando la estructura de manera que el refuerzo quede adecuadamente anclado en el concreto. Las barras de refuerzo también están nervadas para facilitar la unión con el concreto.

Estructuras de Armado Concreto

Las barras de refuerzo tienen nervaduras para mejorar la unión con el concreto.

Es normal que se produzcan grietas en el concreto cuando se somete a esfuerzos de tracción o flexión. Sin embargo, estas grietas no significan que la estructura no sea segura, siempre que esté adecuadamente reforzada y el ancho de la grieta se mantenga al mínimo. Si el ancho de la fisura es excesivo, puede haber problemas de capacidad de servicio y/o durabilidad (corrosión del refuerzo) en la estructura.

Además, cuando las fuerzas de compresión o corte exceden la resistencia del concreto, se debe volver a proporcionar refuerzo de acero para complementar la capacidad de carga del concreto. Por ejemplo, generalmente se requiere refuerzo de compresión en una columna, donde toma la forma de barras verticales espaciadas cerca del perímetro. Para evitar que estas barras se pandeen, se utilizan aglutinantes de acero para ayudar a la sujeción proporcionada por el concreto circundante.

El concreto armado tiene muchas aplicaciones en la construcción y se ha aplicado en muchas estructuras en todo el mundo: puentes, industrias, edificios residenciales , rascacielos, piscinas , muros de contención, carreteras (pavimento rígido), etc. El diseño de cualquier concreto armado La estructura debe comenzar con la comprensión y el comportamiento de la estructura a diseñar bajo carga. El diseñador deberá especificar la ruta de carga (cómo se transferirá la carga desde la superestructura a los cimientos).

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Estructuras de Concreto Armado

Por ejemplo, para diseñar un edificio, la estructura se puede dividir en los siguientes elementos. Esto es lo que se llama la disposición general del edificio .

  • Vigas : miembros horizontales que soportan cargas laterales.
  • Losa : elementos de placa horizontal que soportan carga lateral.
  • Columnas : miembros verticales que soportan principalmente carga axial pero generalmente sujetos a carga axial y momento.
  • Muros: elementos de placa vertical que resisten cargas verticales, laterales o en el plano.
  • Bases y cimentaciones : pastillas o listones apoyados directamente sobre el terreno que reparten las cargas de columnas o muros para que puedan apoyarse en el terreno sin asentamientos excesivos. Alternativamente, las bases pueden estar apoyadas sobre pilotos.

El conocimiento del diseño de concreto armado comienza con saber cómo diseñar los elementos separados anteriormente. Sin embargo, es importante reconocer la función del elemento en la estructura completa y que es necesario analizar la estructura completa o parte de ella para obtener acciones de diseño.

Se espera que los diseñadores sigan un código de práctica generalmente aceptado en su diseño y detalle. Esto es para permitir una rápida verificación y comprensión del diseño por parte de otros ingenieros. 

  • ACI 318-19 : Requisitos del código de construcción para concreto estructural y comentario
  • Norma E 060: Concreto Armado

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