Fundamentos Esenciales del Hormigón Armado: Materiales y Diseño Estructural

Hormigón Armado

Capítulo I: Fundamentos y Propiedades Básicas

Hipótesis Básicas del Hormigón Armado

• Es una mezcla de cemento, agregados inertes (arena y grava) y agua (con o sin aditivos).
• Tiene elevada resistencia a la compresión.

  Valores típicos de resistencia a la compresión (f'c): 180, 210, 240, 280, 300 kg/cm².

  El concreto posee una baja resistencia a la tracción, aproximadamente 1/10 de f'c.

• El concreto u hormigón simple, debido a su baja resistencia a la tracción, requiere del acero para resistir los esfuerzos de tensión o tracción en las obras civiles.

  (Ver Figura 1: Comportamiento del Hormigón Armado)

• El concreto en estado fluido puede ser moldeado en encofrados de cualquier forma geométrica.
• El concreto simple es un material homogéneo; sin embargo, al añadirle varillas o acero, se convierte en un elemento heterogéneo.
• Si los materiales componentes del concreto se dosifican y procesan técnicamente de forma adecuada, el producto terminado será fuerte y durable.

Las reacciones entre el agua y el cemento se denominan hidratación, un proceso crucial para determinar los periodos de fraguado y endurecimiento del concreto. El gel de cemento actúa como aglutinante o adherente de los materiales inertes que constituyen el concreto.

Consideraciones para el Diseño de Secciones de Hormigón Armado

1. Determinación de Cargas

• Cargas propias o muertas.
• Cargas vivas.
• Cargas especiales o ambientales.

2. Esfuerzos y Materiales a Emplear

• Cantidad de cemento.
• Calidad del acero de refuerzo.

3. Normativa Aplicable

• Reglamento ACI (por ejemplo, ACI 318-02).
• Reglamento Ecuatoriano de la Construcción (NEC).

4. Deformaciones

• Deformaciones lineales.
• Deformaciones angulares (de giro).

5. Métodos de Cálculo y Diseño

Capítulo II: Componentes del Concreto y Métodos de Obtención

Componentes del Concreto y Métodos para Obtener Diferentes Calidades

Cemento Portland

Fabricación

Componentes principales:

• Cal.
• Sílice.
• Alúmina (a menudo con óxido de hierro).

Proceso de Fabricación

Los componentes se mezclan y calcinan en grandes hornos rotatorios.

Resistencia

La resistencia a la compresión es elevada.

Porcentaje Promedio de la Composición

Influencia de la Finura en el Desarrollo de la Resistencia

Un molido más fino del cemento incrementa la superficie de contacto, lo que acelera la hidratación y, por ende, aumenta la resistencia de los concretos.

Influencia en la Durabilidad del Cemento

La presencia de diminutos vacíos de aire distribuidos uniformemente incrementa la resistencia del concreto a la disgregación (por ciclos de hielo-deshielo, por ejemplo). Por este motivo, los profesionales adicionan aditivos inclusores de aire al concreto durante el mezclado.

Generación de Calor Durante el Fraguado Inicial

La reacción química exotérmica entre el cemento y el agua genera calor durante el fraguado.

Agua y Aire en el Concreto

Agua

El agua es esencial para la hidratación del cemento. Se recomienda utilizar agua potable o de calidad similar a la de consumo humano.

Aire Incluido y Exudación

La evaporación gradual del agua en exceso en el concreto produce diminutos vacíos. Si estos vacíos están repartidos de forma uniforme, pueden mejorar la resistencia a la durabilidad (como se mencionó anteriormente). Sin embargo, el fenómeno de la exudación (o sangrado) se refiere a la migración del agua hacia la superficie del concreto fresco, lo que puede dejar vacíos interconectados y disminuir la calidad y resistencia si no se controla adecuadamente.

(Ver Figura 2: Fenómeno de Exudación)

Relación Agua-Cemento

Una dosificación inadecuada de la relación agua-cemento (ya sea en exceso o en defecto) resultará siempre en hormigones de baja calidad y resistencia.

Agregados

Los agregados inertes (arena y grava) constituyen entre el 60% y el 80% del volumen total del concreto.

Agregado Grueso

El agregado grueso tiene un diámetro mínimo de 6 mm, y su diámetro máximo se determinará según los requisitos específicos de la obra civil. Debe provenir de rocas duras y estables, como la andesita, el basalto, el cuarzo, y en general, de rocas metamórficas. Para su utilización, este agregado debe estar limpio y libre de materia orgánica e inorgánica perjudicial.

Agregado Fino

El agregado fino tiene un diámetro máximo de 5 mm y un mínimo de 1 mm. Al igual que el agregado grueso, debe estar limpio y provenir de rocas duras y estables.

Aditivos

Los aditivos son ingredientes que se incorporan a la mezcla de concreto antes o durante el mezclado. Su función principal es modificar las propiedades del concreto fresco o endurecido para satisfacer las necesidades específicas de la obra y los requisitos del profesional.