Hormigón: Algunos Apuntes Estructurales

Las normas EHE, dadas por el Ministerio de Fomento en España rigen el empleo de estructuras de hormigón, sus cálculos e interpretación son necesarios para una correcta utilización del material; así como para fomentar su durabilidad y estabilidad.

hormigon-ehe.jpgLos materiales principales utilizados en la construcción de estructuras son el acero estructural y el hormigón (armado o pretensado); el primero de ellos, el hormigón, es más adecuado para construcciones de gran altura mientras que el segundo, debido principalmente a su bajo costo, resistencia al fuego, la humedad y facilidad de aplicación, se emplea en un sin numero mayor de edificaciones; es más combinado con el acero estructural constituye un elemento constructivo mixto que limita sus deficiencias en cuanto a compresión, tracción y flexión. El hormigón o piedra artificial, puede ser de tres tipos; un hormigón de masa, el cual no lleva armadura de acero y se emplea en aceras o lozas; un hormigón armado, con armadura del tipo pasiva resistente y un hormigón pretensado, con armadura activa y pasiva resistente. En los tres casos para su empleo correcto y resultados óptimos es necesario realizar adecuadamente las labores de encofrado, compactación, vibrado, curado y aplicar juntas de dilatación donde sea necesario.

Veamos a continuación algunos coeficientes considerados en España y necesarios para conocer el comportamiento de este material. El primero de ellos, el coeficiente de deformación longitudinal, se emplea para los cálculos de estructuras en los que intervienen elementos de hormigón, como vigas, pilares y/o losas, es imprescindible aplicar un modelo que relacione la deformación del hormigón según las cargas que se apliquen sobre él; como sabemos la realidad es muy diferente al escritorio, es por ello que el comportamiento del hormigón no es constante tal como se aprecia en la gráfica lateral. Sin embargo este comportamiento lo podemos aproximar mediante cálculos basados en las fórmulas de la EHE y cuyos resultados se muestran en la tabla siguiente:

hormigon-apuntes-tabla-ehe.JPG

Otros valores referenciales a considerar con el Coeficiente de Poisson, el cual relaciona la deformación longitudinal y la deformación transversal, para el caso del hormigón es siempre 0.2. La resistencia a la tracción del hormigón es muy pequeña en comparación con la resistencia a compresión. La fórmula que da la EHE es:

hormigon-apuntes-ehe-resisten.JPG

Las estructuras deben cumplir, entre otros, los requisitos de estabilidad, resistencia, funcionalidad y durabilidad. El procedimiento utilizado para garantizar que se cumplen estos requisitos con una adecuada fiabilidad o una probabilidad pequeña de ocurrencias, es el Método de los Estados Límite. Si la estructura supera alguno de los Estados Límite se puede considerar que esta ya no cumple las funciones para las que ha sido proyectada; dicho método diferencia entre los Estados Límite Últimos y los Estados Límite de Servicio agrupando la resistencia y la estabilidad como “últimos” y los funcionales como de “servicio”; de esta manera los Estados Límite Últimos están relacionados con la capacidad de rotura y los de Servicio con el empleo del material.


Para el cálculo de secciones, según el método de Estados Límite Últimos, se utilizan los esfuerzos de cálculo que serán ponderados; es decir, su valor característico será multiplicado por un factor EHE; la condición que se debe cumplir Rd > Sd, conlleva a determinar que la Resistencia (R), convenientemente ponderada (Rd) debe ser mayor que el efecto de la acción (S) siendo (Sd) la acción ponderada; empleándose el sufijo “d” para indicar que son los esfuerzos ponderados o de cálculo. Por otra parte la estructura debe cumplir la condición Cd > Ed, que significa que el valor aceptable del Estado Límite de Servicio a comprobar (Cd), debe ser mayor que el efecto de la acción (Ed). Pueden apreciarse la descripción de estos estados en el siguiente cuadro:

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Hablábamos en el párrafo anterior de acciones, estas intervienen en una estructura y pueden tener diferentes orígenes y formas de aparición. Por su origen pueden ser “directas”, si se aplican en forma directa a la estructura como por ejemplo el golpe de una masa; por su parte las “indirectas” se originan en la misma zona de construcción y pueden estar determinadas por cambios climáticos o de movimientos del terreno. Por otro lado y de acuerdo a su influencia en el tiempo, las acciones pueden ser “permanentes”, las cuales llegan a forman parte de la estructura sin afectarla este el caso del propio peso de la construcción; otro tipo de acciones temporales como las “variables” pueden estar, o no, aplicadas en la estructura, tal es el caso de las sobrecargas en determinadas zonas. Ambos tipos generales de acciones, las de origen y temporales, son importantes por cuanto se emplean para diferenciar coeficientes de ponderación en función del tipo de carga.

Para el análisis y cálculo dimensional de estructuras de hormigón, las acciones deben estar adecuadamente ponderadas; deben emplear una conjugación tanto del valor característico como del coeficiente de ponderación de acciones. Se emplean dos técnicas para determinar el valor de cálculo de una acción, la probabilística, al tener en cuenta la distribución estadística de la población; y un tratamiento determinista, incluyendo un coeficiente de ponderación, que es un número. Esta mezcla de dos conceptos, determinista y probabilista, dan nombre al método de seguridad seguido que es el método de la media probabilística.

Los coeficientes de ponderación de acciones, técnicamente llamados coeficientes parciales de seguridad de las acciones, dependen del tipo de acción y en de acuerdo a las consideraciones de la EHE son dependientes del nivel de control de la ejecución. Esto se demuestra por ejemplo, en el caso de construcción de un edificio, cuando vemos que la sobrecarga de uso depende mucho de cómo el edificio haya sido construido. A continuación les dejo un cuadro con los coeficientes de ponderación de acciones:

hormigon-apuntes-acciones.JPG

Nota: La EHE es la instrucción que rige en España para países como EEUU rige la instrucción ACI y la ASCE; también existen las de la escuela europea como son el Eurocódigo y el CEB, conocido actualmente como FIB. Los Capítulos de la EHE son, en resumen: normas de seguridad (Estados Límites), clasificación y combinación de acciones, conceptos de análisis estructural, instrucciones sobre propiedades de los materiales, detalles de durabilidad, cálculos relativos a los estados límite ELU y “ULS”, cálculos relativos a los estados límite de servicio ELS y ”SLS”, instrucciones de ejecución y de control.

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