Hormigón y Estructuras: Fundamentos Esenciales en Ingeniería Civil

Hormigón: Composición, Propiedades y Versatilidad

El hormigón es un material de construcción fundamental, reconocido por su resistencia, durabilidad y versatilidad. Se compone de una mezcla de cemento, agregados (como arena y grava), agua y, en algunos casos, aditivos químicos.

• Alta resistencia a la compresión: Es una de sus propiedades más destacadas, permitiéndole soportar grandes cargas.
• Versatilidad de formas: Su capacidad para tomar diferentes formas y tamaños mediante el uso de encofrados facilita la creación de una amplia variedad de elementos estructurales y arquitectónicos.
• Resistencia al fuego: Ofrece una buena resistencia intrínseca al fuego, lo que contribuye a la seguridad de las edificaciones.
• Limitación: Aislamiento térmico: Por sí mismo, el hormigón no es un aislante térmico suficiente, requiriendo a menudo complementos para cumplir con los requisitos de eficiencia energética.

Etapas de Producción del Cemento

El cemento, componente clave del hormigón, se produce a través de un proceso que incluye las siguientes etapas:

1. Extracción y machacado del mineral: Obtención de las materias primas (caliza, arcilla, etc.) y su reducción de tamaño.
2. Mezcla y molido del mineral hasta su pulverización: Las materias primas se dosifican, mezclan y muelen finamente.
3. Cocción del polvo hasta la obtención del clinker: El polvo se calienta en hornos rotatorios a altas temperaturas para formar el clinker.
4. Molido del clinker con yeso y materiales añadidos: El clinker se muele junto con yeso (para regular el fraguado) y otros aditivos para obtener el cemento final.

Hormigón Armado: Sinergia de Materiales

El hormigón armado es un material compuesto que combina las propiedades del hormigón y el acero. El hormigón aporta la resistencia a la compresión, mientras que el acero, dispuesto en forma de barras o mallas, proporciona la resistencia a la tracción, compensando la debilidad del hormigón en este aspecto.

Encofrado: Tipos y Materiales

El encofrado es el molde temporal que da forma al hormigón fresco hasta que este adquiere suficiente resistencia. Puede ser:

• Premoldeados: Fabricados en planta para elementos estandarizados.
• In situ: Construidos en obra con diversos materiales como:
  • Tablas de madera
  • Paneles de acero
  • Chapa ondulada
  • Plástico o fibra de vidrio

Para facilitar el desencofrado y proteger la superficie del hormigón, se utilizan materiales desencofrantes como cera, pasta o aceite.

Procedimientos de Compactación del Hormigón

La compactación es crucial para eliminar el aire atrapado en la mezcla de hormigón fresco, mejorando su densidad, resistencia y durabilidad. Los métodos comunes incluyen:

• Picado con estacas o barras
• Golpeo del encofrado
• Vibrado interno o externo (el más común y efectivo)
• Apisonado (para hormigones de baja consistencia)

Tratamientos Posteriores al Vertido (Curado)

El curado del hormigón es esencial para asegurar su correcto endurecimiento y desarrollo de propiedades, manteniendo la humedad adecuada. Algunos tratamientos incluyen:

• Secado conservando su propia humedad (autocurado)
• Cubrir con láminas impermeables sin tocar la superficie del hormigón
• Riego constante o aplicación de membranas de curado

Propiedades Superficiales del Hormigón

La expresión estética y funcional de la superficie del hormigón está directamente influenciada por el tipo de encofrado utilizado y la presencia de separadores, que determinan la textura, el acabado y la uniformidad.

Hormigón Visto en Forjados

El hormigón visto en forjados se refiere a una técnica constructiva en la que las losas de hormigón que forman el techo o los entrepisos de una estructura se dejan expuestas, sin revestimientos adicionales, valorando su estética natural y acabado.

Anclajes en Construcción: Hormigón y Piedra Natural

Anclaje de Elementos de Fachada Pesados

El anclaje de elementos de fachada pesados, como paneles de hormigón o piedra natural, es crítico para la seguridad y estabilidad. Existen diversos tipos de anclajes, cuya selección depende fundamentalmente del tipo de carga a soportar y la naturaleza del elemento de la fachada.

Consideraciones Clave para Anclajes

• Ubicación: Es fundamental evitar áreas débiles del hormigón y seleccionar una posición que proporcione una distribución uniforme de las cargas.
• Profundidad: La profundidad del anclaje es un factor crítico para garantizar la resistencia necesaria y la capacidad de carga del sistema.

Piedra Natural: Características y Anclajes

La piedra natural es un material denso y pesado, generalmente más frágil que el hormigón. Sus sistemas de anclaje pueden ser mecánicos o químicos, y su elección depende del tipo específico de piedra, su porosidad y las cargas previstas.

Hormigón: Densidad, Maleabilidad y Sistemas de Anclaje

La densidad del hormigón es generalmente superior a la de la piedra natural, variando según la mezcla y la densidad del agregado utilizado. El hormigón es más maleable en su estado fresco y, una vez fraguado, es menos propenso a fracturas que la piedra natural bajo ciertas condiciones. Los sistemas de sujeción para hormigón, ya sean mecánicos o químicos, varían significativamente según el tipo de carga y el diseño estructural específico.

Elementos Estructurales Fundamentales

Elementos Estructurales Lineales

Los elementos estructurales lineales son esenciales para la transmisión y distribución de cargas en una edificación.

Vigas

Las vigas son elementos estructurales diseñados para soportar cargas principalmente en dirección perpendicular a su longitud. Son típicamente horizontales y suelen estar dispuestas en paralelo, conectando pilares o muros de carga. Existen varios tipos:

• Vigas simples
• Vigas en voladizo
• Vigas empotradas
• Vigas continuas, entre otras.

Pilares

Los pilares (o columnas) son elementos estructurales verticales que soportan cargas principalmente en dirección axial (a lo largo de su eje). Su función principal es transmitir las cargas de las vigas y losas a los cimientos.

Sistemas Estructurales Lineales

Estos sistemas organizan los elementos lineales para crear estructuras estables.

Arcos

Los arcos son sistemas estructurales eficientes para distribuir cargas. La compresión se transmite a lo largo de la curva, y las fuerzas resultantes se dirigen hacia los apoyos, permitiendo cubrir grandes luces con menor material.

Entramados (Cerchas o Armaduras)

Los entramados, también conocidos como cerchas o armaduras, están compuestos por elementos rectos conectados en nodos para formar una estructura tridimensional. Son muy eficientes para cubrir grandes luces y soportar cargas ligeras a moderadas.

Sistema Constructivo de Esqueleto

El sistema constructivo de esqueleto se basa en sistemas estructurales lineales que forman la estructura portante principal de un edificio.

Pórticos

Los pórticos son sistemas estructurales formados por columnas y vigas dispuestas en un patrón reticulado. Proporcionan estabilidad lateral y vertical a la estructura.

Vigas y Losas

La combinación de vigas horizontales y losas verticales (o elementos de arriostramiento) crea una estructura tridimensional capaz de soportar cargas horizontales y distribuirlas a lo largo de la edificación.

Marcos

Los marcos son sistemas estructurales tridimensionales formados por columnas y vigas conectadas rígidamente en nodos, proporcionando una gran resistencia y rigidez al conjunto.

Elementos Estructurales Superficiales: Losas

Las losas son componentes estructurales planos y delgados que forman techos, entrepisos o pisos. Actúan como elementos portantes, distribuyendo las cargas a las vigas y pilares.

Tipos de Losas de Hormigón Armado

Las losas de hormigón armado son capas de hormigón reforzadas con barras de acero. Los tipos comunes incluyen:

• Losa continua tendida en una dirección
• Losa nervada (con nervios o vigas en una o dos direcciones)
• Losa plana (sin vigas, apoyada directamente sobre pilares)
• Losa aligerada (con elementos huecos para reducir peso)

Sistemas Estructurales Planos

Estos sistemas utilizan la geometría de la superficie para lograr estabilidad y resistencia.

Sistemas Plegados

Los sistemas plegados son elementos estructurales dispuestos en formas plegadas o dobladas. El principio de rigidización de una hoja de papel mediante su plegado es el fundamento de una estructura plegada, que gana rigidez y capacidad portante al deformar su superficie plana.

Bóvedas Laminares

Las bóvedas laminares son elementos estructurales curvos que crean superficies continuas y resistentes. Se utilizan comúnmente para diseñar techos, domos y otras estructuras que requieren superficies curvas eficientes para la distribución de cargas por compresión.