La importancia del recubrimiento de las armaduras en el hormigón

Estimados, en esta oportunidad republicamos un artículo del Blog e-Struct, encontrado en: https://e-struc.com/2014/12/29/la-importancia-del-recubrimiento-de-las-armaduras-en-el-hormigon/ , que como siempre esperamos sea de interés para Uds.

Recubrimiento de armaduras en estructuras de hormigón

El recubrimiento de las armaduras en las estructuras de hormigón armado: durabilidad y comportamiento mecánico

Uno de los datos fundamentales que se maneja a la hora de analizar o dimensionar estructuras de hormigón armado es el del recubrimiento de las armaduras en el hormigón. Por recubrimiento se entiende el espesor de hormigón que queda entre las armaduras y la superficie de la pieza de hormigón. Se suelen distinguir dos recubrimientos. El denominado geométrico, que es el espesor estricto entre el contorno de la armadura y la superficie exterior de hormigón, y el mecánico, que es la distancia desde el centro de la armadura a esa misma superficie. Aun cuando hay diferencias entre ambos, en la medida en que importan para una u otra cosa, tomaremos el término genérico de recubrimiento como único.

Recubrimiento de armaduras en estructuras de hormigón

Imagen 1. Separadores o calzos en la armadura para garantizar el recubrimiento.

¿Por qué es importante este recubrimiento de las armaduras? Los motivos son varios, pero todos muy importantes para una buena constitución de las piezas de hormigón armado. Básicamente, hay dos motivos principales para cuidar los recubrimientos: durabilidad y comportamiento mecánico.

Para la durabilidad, el recubrimiento es necesario para que la armadura de acero esté protegida del medio ambiente, evitando su corrosión. Si la armadura se corroe -o sufre además algún ataque químico- como poco se producen manchas de óxido en el hormigón que dan aspecto degradado a la estructura y ensucian los acabados, si existen. Pero lo más grave es si la armadura llega a corroerse fuertemente, con penetración en el espesor de las barras de acero. En tal caso, el acero se exfolia -la masa de la barra de acero se convierte en fundas cilíndricas sucesivas- desagregando la barra de acero de la masa de hormigón, lo que es muy perjudicial. Digamos que un buen recubrimiento es garantía de que lo anterior no sucede.

Recubrimiento de armaduras en estructuras de hormigón

Imagen 2. Armadura con óxido, comienzo de la exfoliación

Sin embargo, tampoco es recomendable siempre disponer grandes recubrimientos: si la pieza trabaja a flexión -una viga, por ejemplo- en la cara traccionada no queda más remedio que la fisuración del hormigón para que la armadura pueda entrar en tracción. La apertura de esa fisura depende, entre otros muchos factores, de cuál sea el espesor del recubrimiento. A mayor espesor, más se abren las fisuras. Y por esas fisuras penetra el aire del medio ambiente hasta el interior del hormigón, causando los daños en la estructura que hemos enunciado antes, tal cual el recubrimiento fuera escaso. Por tanto, ni mucho ni poco.

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Imagen 3. Rotura del recubrimiento por fisuración del hormigón en la cara traccionada

Para el comportamiento mecánico correcto del hormigón, también el recubrimiento de las armaduras en el hormigón es fundamental. De manera un poco simplificada, el hormigón armado basa su comportamiento estructural en que las barras de acero corrugado están perfectamente adheridas a la masa del hormigón, deformándose ambos materiales de igual manera. Para que esto suceda están las corrugas -retallos superficiales en forma de escama oblicua- que permiten transmitir las tensiones entre el hormigón y el acero. Estas tensiones están en todo el perímetro de la armadura en contacto con el hormigón. Para que el trabajo sea conjunto las tensiones acumuladas en el contacto con las corrugas han de disiparse en la masa del hormigón. Si en la zona de la barra hacia el exterior el recubrimiento es escaso, sucederá entonces que hay poca masa de hormigón en esa zona para poder disipar las tensiones, por lo que se supera la capacidad resistente en la ligazón entre acero y hormigón y éste se desprende, quedando la armadura entonces sin protección y no adherida al hormigón, con el consiguiente fallo de la estructura.

Recubrimiento de armaduras en estructuras de hormigón

Imagen 4. Recubrimientos y rotura por escaso recubrimiento de la armadura.

Hay que tener en cuenta que el hormigón siempre presenta retracción -pérdida de volumen a lo largo del tiempo- y que ésta tiende a producir fisuras perpendiculares a la directriz de las piezas de estructura, sobre todo en las caras traccionadas de las mismas. Si a esto añadimos que exista un recubrimiento de las armaduras en el hormigón defectuoso, la vida útil de la pieza y su comportamiento mecánico se verán seriamente comprometidos.

Solapes entre armaduras en el hormigón armado

Estimados, en esta oportunidad republicamos un artículo del Blog e-Struct, encontrado en: https://e-struc.com/2018/06/05/solapes-entre-armaduras-en-hormigon-armado/ , que como siempre esperamos sea de interés para Uds.

Solapes entre armaduras en el hormigón armado

Función y características de los solapes entre armaduras en el hormigón armado.

En este artículo analizamos el principio que permite dar continuidad a las barras de acero mediante solapes entre armaduras en el hormigón armado, cómo conviene realizarlas y qué condiciones les afectan.

Fabricación de hormigón y acero

Como veíamos en artículos anteriores, el hormigón armado es un material estructural heterogéneo. En esta combinación se utiliza la resistencia a compresión del hormigón y la de tracción del acero. El hormigón armado permite la ejecución de estructuras más económicas y duraderas que las formadas estrictamente por acero. Por otro lado, el hormigón por sí mismo no resulta un material estructural con suficiente versatilidad.

Tal y como explicamos en el artículo sobre anclajes, esta combinación pone en contacto un material muy resistente -acero- con otro de menores prestaciones mecánicas.

El hormigón armado resulta de la combinación de dos materiales con una producción industrial muy diferente. El acero se fabrica en barras corrugadas con unos diámetros, rugosidades y resistencias estandarizadas. Llega a obra en barras o de taller conformando la armadura completa. El hormigón se fabrica en centrales en masa, sin una forma concreta. Es en la obra donde se vierte, fragua y adquiere la forma estructural final.

Solapes entre armaduras en el hormigón armado

La longitud máxima de las barras de acero en fábrica y su transporte también limita la longitud a un máximo de 16 m, normalmente 12 por transporte. También se fabrica en bobinas, pero no es frecuente su uso en edificación convencional. Con estas premisas no es posible, habitualmente, armar con una sola barra toda la longitud de una pieza. Es preciso empalmar varios tramos para cubrir toda la longitud de diseño. Para asegurar el funcionamiento del sistema, es necesario garantizar la continuidad del acero en la masa de hormigón. Esta continuidad se resuelve solapando las barras.

¿Cómo pasar de una barra a otra la fuerza?

Como puede verse en el esquema, la continuidad de la barra se logra alineando dos. Pero esta alineación no es efectiva si no se transmite la tensión entre las barras de acero. Aunque la norma permite el empalme por soldadura, lo más habitual es el solape. La tensión se transmite a través del hormigón, mediante dos anclajes de las barras al hormigón. Las corrugas aumentan la resistencia del hormigón, al ofrecer más tensión de contacto hormigón-acero. También aumenta al confinarse éste entre las corrugas.

Así, las tensiones tangenciales de una barra se equilibran con las de la otra gracias al solape entre armaduras.    t.ls = F

Solapes entre armaduras en el hormigón armadoEl solape se comporta como un anclaje, la tensión de la barra ha de disiparse en el hormigón sin fisurarlo. La longitud de solape ls por la tensión tangencial t es igual a la fuerza de la barra F.

¿Cuánto vale la longitud de solape?

La longitud de solape ls es igual a la longitud de anclaje multiplicada por un factor ls= a.lb

Este factor depende del sentido de la fuerza F. Si se trata de tracción, las fisuras del hormigón reducen la superficie de adherencia, de modo que a>1. Esto no sucede si la fuerza F es de compresión, con lo que a=1.

Por lo tanto:

  • Para armaduras en tracción: ls= alb

  • Para armaduras en compresión: ls=lb

Solapes entre armaduras en el hormigón armadoEn el cuadro siguiente, de la EHE-08, se establece el valor de a. Éste depende del porcentaje de armadura solapada respecto de la sección total de acero de la sección, del tipo de esfuerzo y de la distancia transversal entre empalmes.

Solapes entre armaduras en el hormigón armado

Las tensiones debidas a los solapes entre armaduras generan fuerzas transversales en el contacto entre las barras y el hormigón. Esto se debe a la separación entre las barras y a las corrugas. Por eso, en algunas ocasiones es necesario colocar cercos o armaduras transversales adicionales en la zona de solapes entre armaduras.

Solapes entre armaduras en el hormigón armado

¿Dónde es conveniente realizar los solapes entre armaduras en el hormigón armado?

La Norma EHE-08 recomienda hacerlos lo más alejados posible de donde la barra trabaje a su máxima carga. Los máximos en vigas suelen coincidir con los centros de los vanos o en los apoyos. Además hay más tensión tangencial en donde hay más cortante, y menor donde hay menos cortante. Por lo tanto no es conveniente solapar ni en los apoyos ni en los centros de vano, en vigas. Sin embargo, por montaje, lo más frecuente es el solape en los apoyos. Así se facilita el paso entre elementos transversales, en los nudos, en caso de las vigas.

Solapes entre armaduras en el hormigón armado

En el caso de los pilares también se da la misma situación.

En el caso de los pilares también se da la misma situación.

Los solapes en medio de elementos se da en los que tienen mucha longitud y armadura abundante y de menor calibre. Lo óptimo es situar los solapes entre armaduras no enfrentados, sino contrapeados. Así se logra no hacer coincidir en la misma sección varios solapes. Esta posición además de reducir el valor de a facilita el hormigonado de la pieza, al no colmatar de acero la sección.

Solapes entre armaduras en el hormigón armado

Como hemos visto, los solapes de acero en hormigón armado son primordiales para lograr el funcionamiento estructural. No sólo es fundamental la longitud ls sino también la posición del solape dentro de la pieza estructural. Del mismo modo, es necesario hacer juntas en el hormigón, y que éstas no afecten a la estructura, pero a este tema le dedicaremos otro artículo.

Edificio calle Francia – Castelar – Buenos Aires

En esta oportunidad queremos compartirles los avances de la obra… Saludos!!!

¿Puede el Sol condicionar la forma de una estructura?

Estimados, en esta oportunidad les compartimos un artículo del Ing. José Antonio Agudelo Zapata del Blog ESTRUCTURANDO, encontrado en: http://estructurando.net/2014/11/10/puede-el-sol-condicionar-la-forma-de-una-estructura/ , que como siempre esperamos sea de interés para Uds.

…¿puede el movimiento de astro rey condicionar la forma de nuestra estructura?

Manhattan y el sol

Ya sea por la necesidad de evitar turbulencias en un flujo (Jukovski, una curva interesante para usar en una estructura), por evitar una erosión excesiva (Creager, otra curva interesante para usar en una estructura) o para crear una estructura isotensional que nos ahorre material (Gaudí, el funicular de cargas y un software para calcular en 3d), la verdad es que a veces surge la necesidad de modelar la estructura por condiciones de lo más vario pintas.

Si pincháis en el enlace siguiente entrareis a un simulador on line del movimiento del sol en cualquier punto del planeta y en cualquier día y hora.

http://astro.unl.edu/naap/motion3/animations/sunmotions.swf

simulador-solar-1024x726

Pero, ¿cómo puede condicionarnos de alguna manera este movimiento solar en nuestra estructura?

El Horologium Augusti fue el mayor reloj de sol del mundo antiguo. Augusto mando construirlo en Roma en el año 10 a. C en Roma. La sombra del obelisco rematado por un globo de bronce, arrojada según la posición del sol sobre una gigante cuadrante, mostraba no solo la hora del día, si no el día del mes mediante la longitud exacta de la sombra proyectada a mediodía.

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Aun más asombroso es el caso del Templo de Abu Simbel en Egipto.

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Mandado a construir por el faraón Ramses II en 1284 a.C., presenta un curioso fenómeno solar sólo el día del cumpleaños y el de la coronación del monarca.

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En esos dos días (21 de octubre y 21 de febrero), los rayos solares penetraban hasta el santuario, situado al fondo del templo, e iluminaban tres de las cuatro estatuas sedentes, excepto la estatua del dios Ptah, el dios relacionado con el inframundo, que siempre permanecía en penumbra.

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Estaréis pensando que en la época actual va a ser difícil que este tipo de cosas influyan en nuestras actuales estructuras. Claro… luego pasa lo que pasa:

Puente-Redding-Toronto-Calatrava-3

Puente reloj de sol

El “Sundial Bridge” situado en Redding, California, quizás sea el un único puente que se llama “Reloj de sol” y que en verdad, no da la hora. No fue diseñado para eso (paso de dar el nombre del autor del puente porque si no el cachondeo va a ser inevitable).

Mas curioso es lo que pasa con el “20 Fenchurch Street” o “Torre Fenchurch 20”, un rascacielos en construcción de Londres que ha pasado a la fama por que su forma cóncava genera un efecto lupa que es capaz de derretir los coches aparcados en la vía y agrietar las baldosas de los edificios y aceras colindantes.

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Realmente no hay que ir situaciones tan extremas para que el sol sea un condicionante en nuestra estructura. Un requisito más mundano, pero no por eso menos importante, puede ser la Eficiencia Energética.

Las correcta orientación de un edificio y sus ventanas respecto al sol para aprovechar sus ventajas o, eventualmente, protegerse del calor, puede determinar en gran parte el valor de uso de una estructura.

Os presento un sencillo ejemplo, con herramientas on-line incluidas, para que veáis lo fácil que puede ser considerar y dimensionar este efecto.

Supongamos que queremos saber que longitud debo poner a un alero para que no entre la luz del sol por una ventana en los meses más calurosos, de Mayo a Septiembre por ejemplo.

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Esto dependerá, como habréis podido comprobar en el simulador solar anterior, del lugar geográfico en el que nos encontremos. En la página Suneathtools  y en la página de la Universidad de Oregón, Solardat existen varias herramientas con las que podemos conseguir el siguiente gráfico en función del lugar geográfico en el que nos encontremos:

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En este gráfico podemos ver en el eje horizontal los 360 grados de orientación, con el sur en el centro, y en el eje vertical, la inclinación del sol respecto a la horizontal. Y en él, podemos ver la trayectoria del sol a lo largo del año.

De esta manera, si queremos  evitar la entrada de luz a partir del mes de Mayo hasta primeros de Septiembre, debemos elegir, en nuestro caso, un obstáculo que nos tape los rallos de luz con inclinaciones mayores de 65º:

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Con ese ángulo, la deducción geometría del alero es inmediata:

alsol

Claro que también hay que tener en cuenta la orientación de la ventana, dado que el alero se deberá extender en planta de forma que entre los 115º y 245º se impida la entrada de luz. Si suponemos que la normal de nuestra ventana forma un ángulo α respecto a la dirección sur, el ancho B de nuestro alero podría deducirse del siguiente plano en planta:

planta

Como veis, es bastante sencillo. Sencillo gracias a las herramientas de las páginas que os comento, claro.  Ademas, en esas páginas, incluso hay alguna herramienta para confeccionar un reloj de sol.

Partiendo de esta idea, en la actualidad se están diseñando edificios que incluso se mueven para permitir el máximo aprovechamiento o resguardo de la luz solar. Como el caso del Rotating Tower que se construirá en Dubai:

rotating tower

El merito, sin duda, lo tenían en la antigüedad, donde no disponían de las herramientas de cálculo actuales y sin embargo, en ocasiones, no solo consideraban la trayectoria de un solo astro:

StonehengeSunrise

P.D.: la primera foto del artículo corresponde al curioso momento (solo dos veces al año) en que el sol se alinea con las calles principales de Manhattan.

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