Introducción a las estructuras de hormigón

Es uc u as de Ho migón Miguel T oyano Mo eno CONTENIDO: 1. In oducción .................................................................................................................................. 2 2. Es uc u as de ho migón es uc u al ............................................................................................. 2 2.1 Tipos de elemen os de ho migón es uc u al ........................................................................... 3 2.1.1 Elemen os de ho migón en masa ................................................................................... 3 2.1.2 Elemen os de ho migón a mado .................................................................................... 4 2.1.3 Elemen os de ho migón p e ensado ............................................................................... 6 2.2 Un poco de his o ia .................................................................................................................. 8 3. Tipologías es uc u ales básicas .................................................................................................... 8 4. La ap i ud ho migón-ace o .......................................................................................................... 10 5. Ven ajas del ho migón a mado ................................................................................................... 11 6. Incon enien es del ho migón a mado ......................................................................................... 12 7. Ma co eglamen a io ................................................................................................................... 12 8. Enlaces web de in e és ................................................................................................................ 15 Tema 1: In oducción a las es uc u as de ho migón In oducción a las es uc u as de ho migón 1 Pág. 2 de 15 1. INTRODUCCIÓN En es e ema se p esen an las Es uc u as de Ho migón Es uc u al, como una in oducción al es udio de es a ecnología es uc u al. Se da espues a a lo que se en iende po ho migón es uc u al, se jus i ica el po qué dos ma e iales an dis in os, como el ho migón y el ace o, colabo an pa a o ma uno de los ma e iales más u ilizado en el ámbi o es uc u al, y se es udian sus en ajas e incon enien es. Se desc iben b e emen e los sis emas es uc u ales más habi uales en el ámbi o de la edi icación y, inalmen e, se p esen a el ma co no ma i o de es a ecnología y algunos enlaces web de in e és. 2. ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ESTRUCTURAL Podemos de ini una es uc u a como el conjun o de elemen os conec ados en e sí, que do an a la cons ucción de la esis encia necesa ia pa a man ene su o ma an e un conjun o de acciones du an e un pe íodo de iempo de e minado. Pa a las cons ucciones de la Figu a 1a se mues a en la Figu a 1b su co espondien e es uc u a. a) Cons ucción b) Es uc u a Figu a 1. Cons ucción y su es uc u a Podemos de ini un sis ema es uc u al como el conjun o de es os elemen os esis en es (es uc u a) y la o ma en que se conside an que abajan. Pó ico plano de nudos ígidos Empa illado y ba as a) Es uc u a b) Sis ema es uc u al Figu a 2. Es uc u a y uno de sus posibles sis emas es uc u ales In oducción a las es uc u as de ho migón 1 Pág. 3 de 15 Recibe el nomb e de HORMIGÓN, el ma e ial cons i uido po la mezcla, en p opo ciones con enien es, de á idos, cemen o y agua. Opcionalmen e, aunque ac ualmen e es una p ác ica habi ual, pueden u iliza se o os componen es mino i a ios llamados adi i os y adiciones. El ho migón ecién ab icado, conocido como ho migón esco, es un ma e ial pas oso que puede se moldeado pa a adap a se a casi cualquie geome ía. T as un p oceso de aguado 1 , que du a menos de 12 ho as, el ho migón adquie e el es ado sólido, conocido como ho migón endu ecido. A pa i de aquí el ho migón en a en una e apa de endu ecimien o, siendo a los 28 días cuando se conside a que ha adqui ido la esis encia que se le equie e. Hablamos de HORMIGÓN ESTRUCTURAL cuando nos e e i nos al ho migón u ilizado pa a cons ui elemen os es uc u ales, y a los elemen os y a las es uc u as cons uidas con él, los llama emos ELEMENTOS ó ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN ESTRUCTURAL. 2.1 Tipos de elemen os de ho migón es uc u al Los elemen os de ho migón es uc u al se clasi ica en. ❑ Elemen os de ho migón en masa ❑ Elemen os de ho migón a mado ❑ Elemen os de ho migón p e ensado 2.1.1 Elemen os de ho migón en masa Los elemen os es uc u ales cons uidos únicamen e con ho migón eciben el nomb e de elemen os de ho migón en masa (HM). Un elemen o de ho migón en masa se ob iene e iendo el ho migón, en es ado pas oso, en el in e io de un molde llamado enco ado, que suele se , undamen almen e, de made a o me álico. A es e p oceso se le conoce como ho migonado. La o ma del enco ado a a depende del ipo de elemen o que se desee cons ui . O os ma e iales empleados en los enco ados pueden se : el plás ico, el p opio ho migón, el polies i eno, la ce ámica, la escayola, el ib ocemen o, el ca ón, e c. Figu a 4. Ho migón en es ado esco, du an e un p oceso de Ho migonado. Figu a 5. Enco ado me álico de chapas plegadas 1 El aguado es el p oceso po el cual el ho migón pasa del es ado pas oso (ho migón esco) al es ado sólido (ho migón endu ecido). Desc ibi emos és a, y o as p opiedades del ho migón, en el ema 4 de es e cu so. Figu a 3. Componen es p incipales del ho migón: á idos, cemen o y agua In oducción a las es uc u as de ho migón 1 Pág. 4 de 15 Un elemen o de ho migón en masa p esen a una muy buena esis encia a comp esión, pe o muy baja a acción, de al o ma que es os elemen os es uc u ales se án adecuados únicamen e pa a sopo a solici aciones de comp esión. Si un elemen o de ho migón en masa se solici a a lexión, se p oduci á su o u a con un ni el de ca gas bajo en elación con o os ma e iales de cons ucción (ace o, made a, …) a igualdad de sección, y además de o ma ágil, con muy poca capacidad de de o ma se an es de p oduci se la o u a y, po an o, con nula capacidad de a iso an es de p oduci se la o u a del elemen o es uc u al. Figu a 6. Ensayo de lexión de un elemen o de ho migón en masa. 2.1.2 Elemen os de ho migón a mado Con obje o de mejo a la esis encia a acción se in oducen en el ho migón ba as de ace o dispues as de al o ma que abso ban los es ue zos de acción. Es os ace os englobados en el ho migón eciben el nomb e de a madu as. Si las a madu as son in oducidas en el ho migón sin ningún es ado ensional p e io se denominan a madu as pasi as, y los elemen os es uc u ales cons uidos con ho migón y a madu as pasi as eciben el nomb e de elemen os de ho migón a mado (HA). La cons ucción de un elemen o de ho migón a mado equie e, p e io al ho migonado, de la colocación de las a madu as en el in e io de los enco ados 2 . En un elemen o de ho migón a mado las comp esiones las sopo a á el ho migón 3 y las acciones el ace o, aspec o conocido como DUALIDAD HORMIGÓN-ACERO, ob eniéndose elemen os de mayo esis encia y duc ilidad, con su icien e capacidad de de o ma se an es de p oduci se la o u a y, po lo an o, con capacidad de a iso an es de p oduci se la o u a del elemen o es uc u al. 2 En algunos elemen os, como los pilo es ba enados, la colocación de las a madu as se ealiza pos e io men e al ho migonado, cuando el ho migón es á oda ía en es ado esco. 3 En gene al la comp esión la pod á sopo a an o el ho migón como el ace o, si ambién se dispone és e en la zona comp imida del elemen o es uc u al. Esquema del ensayo de lexión Elemen o de HM en el ins an e p e io a la aplicación de las ca gas. Es ado ensional en el elemen o de HM. La educida capacidad del ho migón pa a sopo a las acciones p o oca la o u a inal del elemen o. Elemen o de HM en el ins an e de la o u a. Se ap ecia la nula de o mación an es de p oduci se la o u a. Elemen o de HA en un ins an e an e io a la o u a. Se ap ecia la g an de o mación an es de p oduci se la o u a. Elemen o de HA en el ins an e p e io a la aplicación de las ca gas. Es ado ensional en el elemen o de HA. Las acciones necesa ias pa a equilib a la lexión la sopo an la a madu a. Esquema del ensayo de lexión Figu a 8. Ensayo de lexión de un elemen o de ho migón a mado. Figu a 7. Ejecución de un elemen o de HA In oducción a las es uc u as de ho migón 1 Pág. 5 de 15 Los ace os que se pueden u iliza pa a ob ene las a madu as pasi as son: ❑ Ba as ec as de ace o co ugados ❑ Rollos de ace o co ugados ❑ Alamb es de ace o liso, g a ilado o co ugado A pa i un p oceso indus ial, de los ace os an e io es, se pueden ob ene las a madu as no malizadas: ❑ Mallas elec osoldadas ❑ A madu as básicas elec osoldadas en celosía Finalmen e, la a madu a pasi a se ob iene as los p ocesos de elabo ación (ende ezado, co e y doblado de las ba as), a mado (unión de la a madu a elabo ada median e a ado con alamb e dúc il o soldadu a) y mon aje de las a madu as. Es e p oduc o inal, ya colocado en ob a, es la a madu a pasi a. Figu a 9. Tipos de ace os pa a a madu as pasi as. A endiendo a la disposición de la a madu a den o del elemen o es uc u al se puede hace la siguien e clasi icación: ❑ A madu as longi udinales: son aquellas que se disponen según el eje longi udinal de la pieza ❑ A madu as ans e sales: son aquellas que se disponen en planos inclinados espec o al eje longi udinal de la pieza (no malmen e o mando un ngulo de 90º espec o al eje de la pieza). En la Figu a 10 se ep esen a un esquema de a mado habi ual de una iga de ho migón a mado, donde de colo azul se ha ep esen ado la a madu a longi udinal y de colo ojo la a madu a ans e sal, en es e caso o mada po ce cos (en p óximos emas e emos o os ipos de a madu as ans e sales). In oducción a las es uc u as de ho migón 1 Pág. 6 de 15 Figu a 10. Clasi icación de las a madu as pasi as (Vis a 3D h ps://sk b.ly/oyE Z) 2.1.3 Elemen os de ho migón p e ensado Un posible p oblema que pueden p esen a los elemen os de ho migón a mado es una excesi a isu ación. Pa a que las a madu as de ace o dispues as en el in e io del ho migón abso ban ni eles de ensiones adecuados (p óximos al lími e elás ico del ace o) se ienen que p oduci ni eles de de o mación que el ho migón no puede sopo a , p oduciéndose la isu ación de és e. Pa a que no se p oduzca es a isu ación, o se eduzca signi ica i amen e, es posible p ecomp imi el ho migón an es de su pues a en ca ga a a és de unas a madu as denominadas ARMADURAS ACTIVAS. Es a p ecomp esión se in oduce median e un p oceso denominado PRETENSASO 4 . Figu a 11. Esquema del es ado ensional esul an e del p e ensazo y las ca gas ex e io es Los elemen os es uc u ales cons uidos con ho migón y a madu as ac i as eciben el nomb e de elemen os de HORMIGÓN PRETENSADO (HP). En gene al, los elemen os de ho migón p e ensado suelen ene adicionalmen e a madu as pasi as, po lo cual lo que ca ac e iza a un elemen o de ho migón p e ensado es la exis encia de a madu a ac i a. Dependiendo del momen o en el que se ealiza el esado espec o del ho migonado del elemen o es uc u al, el p e ensado puede se : ❑ Con a madu as p e esas. El ho migonado se e ec úa después de habe esado y anclado p o isionalmen e las a madu as en elemen os ijos (anclajes). Cuando el ho migón ha adqui ido 4 Se en iende po p e ensado la aplicación con olada de una ensión al ho migón median e el esado de las a madu as ac i as o endones. A madu a Longi udinal (Colo azul) A madu a T ans e sal (Colo ojo) + = Es ado ensional esul an e Es ado ensional p o ocado po el p e ensado Es ado ensional p o ocado po las ca gas ex e io es In oducción a las es uc u as de ho migón 1 Pág. 7 de 15 su icien e esis encia, se libe an las a madu as de sus anclajes p o isionales y, po adhe encia, se ans ie e al ho migón la ue za p e iamen e in oducida en las a madu as. El p oceso se ía el siguien e: Figu a 12. Fases del p oceso de p e ensado con a madu as p e esas ❑ Con a madu as pos esas. El ho migonado se ealiza an es del esado de las a madu as ac i as, que no malmen e se alojan en conduc os o ainas. Cuando el ho migón ha adqui ido su icien e esis encia se p ocede al esado y anclaje de las a madu as. El p oceso se ía el siguien e: Figu a 14. Fases del p oceso de p e ensado con a madu as pos esas Las a madu as ac i as pueden es a cons i uidas po : ❑ Alamb es ❑ Ba as ❑ Co dones (Figu a 15)  Colocación, anclaje y esado de a madu as, colocación del molde y, en su caso, colocación de la a madu a pasi a.  Ho migonado, compac ación, cu ado y endu ecimien o del ho migón.  Desmoldado.  T as alcanza el ho migón la esis encia su icien e, co e de a madu as ac i as y ans e encia de la ue za de p e ensado a la pieza.  Colocación y ijación del molde.  Colocación de a madu as pasi as y ainas.  Ho migonado, compac ación y cu ado.  En ainado de endones y desmoldado.  T as alcanza el ho migón la esis encia su icien e, esado de a madu as. De alle anclaje ac i o De alle anclaje pasi o Figu a 13. P oceso de esado de las a madu as Figu a 15. Co dones In oducción a las es uc u as de ho migón 1 Pág. 8 de 15 2.2 Un poco de his o ia Aunque los omanos conocían ya un ipo de ho migón, en el que se u ilizaba como conglome an e un cemen o puzolánico de o igen olcánico na u al, el espec acula desa ollo de las cons ucciones de ho migón se inicia a mediados del siglo XIX, después del descub imien o del cemen o Po land po el ancés J. Aspdin en 1824. Las p ime as cons ucciones de ho migón con a madu a se ealiza on en F ancia a pa i de 1855. En 1861 publicó F, Coigne las bases pa a cons ui con ho migón a mado, y en 1902 Emilio Mö sch p o eso de la Escuela Técnica Supe io de S u ga , publicó un desa ollo sob e bases cien í icas del compo amien o del ho migón a mado y, pa iendo de esul ados expe imen ales, la p ime a eo ía pa a el dimensionamien o de secciones de ho migón a mado. Desde esa echa a la ac ualidad el p og eso ha sido cons an e. Se puede a i ma que es el ma e ial de cons ucción más empleado en nues os días. 3. TIPOLOGÍAS ESTRUCTURALES BÁSICAS En es e ema no se p e ende ealiza un es udio de allado de las dis in as ipologías es uc u ales, sino únicamen e in oduci las. El obje o es amilia iza al alumno con los elemen os es uc u ales básicos de las es uc u as de ho migón a mado, que se án obje o de es udio a lo la go del cu so. En el ámbi o de la edi icación y las es uc u as de ho migón, la ipología es uc u al básica es la que se mues a en la Figu a 16, o mado po es ipos de elemen os es uc u ales undamen ales: ❑ Elemen os supe iciales 5 , llamados o jados. Nos pe mi e cons ui en ho izon al, eciben las acciones ex e io es (P) y las ansmi en a los elemen os de sus en ación e ical. ❑ Elemen os de sus en ación e ical lineales, llamados pila es o sopo es. Nos pe mi en cons ui en al u a y ansmi en las acciones a la cimen ación. ❑ Elemen os macizos que cons i uyen la cimen ación 6 . T ansmi en las acciones al e eno. A g andes asgos el uncionamien o esis en e de es e sis ema es muy simple: los o jados eciben las ca gas (P) y las ansmi e a los sopo es, los cuales a su ez las ansmi en a la cimen ación, y és a po úl imo al e eno. Figu a 16. Sis ema es uc u al básico (Modelo 3D h ps://sk b.ly/oyD7s) El sis ema es uc u al básico unciona muy bien mien as las ca gas que iene que sopo a son undamen almen e e icales. Cuando exis en ca gas ho izon ales 7 impo an es ac uando sob e los 5 Fo mando pa e de es e ipo de elemen os pueden exis i o os elemen os, como las igas (o jácenas) o zunchos, ya sea su misión undamen al la esis en e o la cons uc i a, los ne ios, los ábacos... 6 Se ha ep esen ado un ipo de cimen ación de los muchos posibles, que suele se habi ual, o mado po zapa as aisladas. 7 Las ca gas ho izon ales básicamen e ienen como o igen el ien o y el sismo. Las es uc u as eciben es as acciones a a és de los o jados, bien di ec amen e en el caso del sismo, o bien indi ec amen e, a a és de los ce amien os, en el caso del ien o. Fo jado Pila o Sopo e Cimen ación (Zapa as y igas de cimen ación) P In oducción a las es uc u as de ho migón 1 Pág. 9 de 15 o jados, undamen almen e en edi icios de al u a, la igidez ho izon al de la es uc u a a base de sopo es es insu icien e, y es necesa io aumen a la in oduciendo o os elemen os e icales de mayo igidez ho izon al, como son las pan allas o conjun os de pan allas denominados núcleos, según se mues a en la Figu a 17. Es os úl imos ienen como en aja que se pueden dispone en o no a los huecos de escale as o ascenso es. Figu a 17. Sis ema es uc u al con pan allas y núcleos (Modelo 3D h ps://sk b.ly/oyDpZ) O os elemen os habi uales en las es uc u as de ho migón son los que se mues an en la Figu a 18. Figu a 18. O os elemen os (Modelo 3D h ps://sk b.ly/oyDpE) ❑ Zancas. Son losas o igas que pe mi en sopo a las escale as de las cons ucciones. ❑ Mu os. Son elemen os de con ención que pe mi en edi ica bajo el ni el de asan e del e eno, sopo ando los empujes de las ie as. ❑ Sole as. Son elemen os macizos de ho migón que es án di ec amen e en con ac o con el e eno y que cons i uyen el elemen o es uc u al del p ime ni el de piso de la cons ucción. Es e p ime Pan alla Núcleo Zanca s Mu e e (de áb ica de lad illo) Mu o Sole a