Hormigón armado

una combinación de refuerzo de hormigón y acero que se unen en una sola pieza y trabajan juntos en una estructura. El término «hormigón armado» se utiliza con frecuencia como un nombre colectivo para los miembros y productos estructurales de hormigón armado. La idea de combinar en hormigón armado dos materiales que son extremadamente diferentes en propiedades se basa en el hecho de que la resistencia a la tracción del hormigón es significativamente menor (por un factor de 10-20) que su resistencia a la compresión. Por lo tanto, el hormigón en una estructura de hormigón armado está destinado a soportar tensiones de compresión, y el acero, que tiene una alta resistencia a la tracción final y se introduce en el hormigón como varillas de refuerzo, se utiliza principalmente para soportar tensiones de tracción. La interacción de estos diferentes materiales es extremadamente efectiva: cuando el hormigón se endurece, se adhiere firmemente al refuerzo de acero y lo protege de la corrosión, ya que se produce un medio alcalino durante el proceso de hidratación del cemento. La naturaleza monolítica del hormigón y la armadura también resulta de la relativa cercanía de sus coeficientes de expansión lineal (7,5 × 10-6 a 12 × 10-6 para el hormigón y 12 × 10-6 para la armadura de acero). Las propiedades fisicomecánicas básicas de la armadura de hormigón y acero prácticamente no cambian durante las variaciones de temperatura dentro de un rango de -40° a 60°C, lo que hace posible el uso de hormigón armado en todas las zonas climáticas.

La base de la interacción entre el hormigón y el refuerzo de acero es la presencia de adhesión entre ellos. La magnitud de la adhesión o resistencia al desplazamiento de la armadura en el hormigón depende de la participación mecánica en el hormigón de protuberancias especiales o áreas desiguales de la armadura, las fuerzas de fricción de la compresión de la armadura por el hormigón como resultado de su contracción (reducción de volumen al endurecimiento en el aire) y las fuerzas de interacción molecular (aglutinación) de la armadura con el hormigón. El factor de enganche mecánico es decisivo. El uso de armaduras de barras dentadas y marcos y redes soldados, así como la disposición de ganchos y anclajes, aumenta la adhesión de la armadura al hormigón y mejora su funcionamiento conjunto.

El daño estructural y la reducción notable de la resistencia del concreto se producen a temperaturas superiores a 60°C. La exposición a corto plazo a temperaturas de 200°C reduce la resistencia del concreto en un 30 por ciento, y la exposición a largo plazo lo reduce en un 40 por ciento. Una temperatura de 500°-600°C es la temperatura crítica para el hormigón ordinario, en la que el hormigón se rompe como resultado de la deshidratación y la ruptura del esqueleto de piedra de cemento. Por lo tanto, no se recomienda el uso de hormigón armado ordinario a temperaturas superiores a 200°C. El hormigón resistente al calor se utiliza en unidades térmicas que funcionan a temperaturas de hasta 1700°C. En las estructuras de hormigón armado se proporciona una capa protectora de hormigón de 10-30 mm de espesor para proteger la armadura de la corrosión y el calentamiento rápido (por ejemplo, durante un incendio), así como para garantizar su adhesión fiable al hormigón. En un entorno agresivo, el grosor de la capa protectora aumenta.

La contracción y la fluencia del hormigón son de gran importancia en el hormigón armado. Como resultado de la adhesión, la armadura impide la contracción libre del hormigón, lo que lleva a la aparición de tensiones de tracción iniciales en el hormigón y tensiones de compresión en la armadura. La fluencia en el hormigón provoca la redistribución de las ofertas en sistemas estáticamente indeterminados, un aumento de los hundimientos en los componentes que se están doblando y la redistribución de las tensiones entre el hormigón y el refuerzo en los componentes comprimidos. Estas propiedades del hormigón se tienen en cuenta en el diseño de estructuras de hormigón armado. La contracción y la baja extensibilidad limitante del hormigón (0.15 mm / m) causan la aparición inevitable de grietas en el área expandida de las estructuras bajo cargas de servicio. La experiencia demuestra que, en condiciones normales de funcionamiento, las grietas de hasta 0,3 mm de ancho no reducen la capacidad de soporte ni la durabilidad del hormigón armado. Sin embargo, la baja resistencia al agrietamiento limita la posibilidad de mejorar aún más el hormigón armado y, en particular, el uso de aceros de alta resistencia más económicos como refuerzo. La formación de grietas en el hormigón armado puede evitarse mediante el método de pretensado, mediante el cual el hormigón en áreas expandidas de la estructura se somete a compresión artificial a través del pretensado mecánico o electrotérmico de la armadura. Las estructuras de hormigón armado pretensado, en las que la compresión del hormigón y la expansión de la armadura se logran como resultado de la expansión del hormigón (fabricado con el llamado cemento de estiramiento) durante un tratamiento específico de temperatura y humedad, es un desarrollo adicional del hormigón armado pretensado. Debido a sus altos índices técnicos y económicos (uso rentable de materiales de alta resistencia, ausencia de grietas y reducción de gastos de refuerzo), el hormigón armado pretensado se utiliza con éxito en estructuras de soporte de edificios y estructuras de ingeniería. Una deficiencia básica del hormigón armado, el alto peso por volumen, se elimina en gran medida mediante el uso de hormigón ligero (con rellenos porosos artificiales y naturales) y hormigón celular.

El uso extensivo de hormigón armado en la construcción moderna ha sido el resultado de sus ventajas técnicas y económicas en comparación con otros materiales. Las estructuras de hormigón armado son resistentes al fuego y duraderas y no requieren medidas especiales de protección contra influencias atmosféricas destructivas. La resistencia del hormigón aumenta con el tiempo; y el refuerzo no está sujeto a corrosión, ya que está protegido por el hormigón circundante. El hormigón armado tiene una gran capacidad de soporte y soporta cargas estáticas y dinámicas, incluidas cargas sísmicas, en pozos. Las estructuras y elementos estructurales con formas extremadamente diversas y gran expresividad arquitectónica son relativamente fáciles de crear con hormigón armado con riendas. El contenido básico del hormigón armado consiste en materiales comunes: piedra triturada, grava y arena. El uso de hormigón armado prefabricado hace posible un aumento significativo en el nivel de industrialización de la construcción. Los elementos estructurales se fabrican de antemano en plantas bien equipadas, y solo el ensamblaje de componentes terminados con equipos mecanizados se lleva a cabo en las obras de construcción. Por lo tanto, se garantizan altas tasas de construcción de edificios y estructuras, así como ahorros en gastos monetarios y laborales.

El inicio del uso del hormigón armado se asocia generalmente con el jardinero parisino J. Maunier, que obtuvo una serie de patentes en Francia y otros países para invenciones con hormigón armado. Su primera patente, para una bañera de flores hecha de una rejilla de alambre cubierta con mortero de cemento, data de 1867. En realidad, las estructuras de hormigón con refuerzo de acero se construyeron incluso antes. El hormigón armado comenzó a jugar un papel notable en la tecnología de construcción de Rusia, Europa occidental y América solo a finales del siglo XIX. El profesor N. A. Beleliubskii, bajo cuya dirección se construyeron una serie de estructuras y se realizaron pruebas de varios elementos estructurales de hormigón armado, merece mucho crédito por el desarrollo del hormigón armado en Rusia. A principios del siglo XX, destacados científicos rusos, los profesores I. G. Maliuga, N. A. Zhitkevich, S. I. Druzhinin y N. K. Lakhtin-trabajó en cuestiones de la tecnología del hormigón, de operaciones de hormigón y hormigón armado, y del diseño de estructuras con hormigón armado. Aparecieron diseños originales propuestos por los ingenieros N. M. Abramov y A. F. Loleit. La Central Hidroeléctrica de Voljov fue la primera gran estructura de la Unión Soviética que se hizo con hormigón y hormigón armado; sirvió como una importante escuela práctica para especialistas soviéticos en hormigón armado. En los años siguientes, el hormigón forzado con riendas se utilizó en cantidades cada vez mayores. Los logros significativos en el desarrollo de la teoría del diseño estructural utilizando este nuevo material de construcción contribuyeron a la expansión de la producción de hormigón armado. El método progresivo de diseño estructural de hormigón armado en términos de la etapa de colapso, que fue desarrollado por los científicos soviéticos A. A. Gvozdev, la. V. Stoliarov, V. I. Murashev, y otros basados en las propuestas de A. F. Loleit, comenzaron a usarse en la URSS en 1938. Este método se desarrolló de manera integral en el diseño de estructuras de hormigón reforzado para estados limitantes. Los logros de la escuela soviética de teoría del hormigón armado han recibido reconocimiento universal y se utilizan en la mayoría de los países extranjeros. La mejora ulterior del hormigón armado y la ampliación de las esferas de su aplicación están relacionadas con la realización de una amplia gama de operaciones de investigación científica. Se anticipan aumentos significativos en el nivel técnico del hormigón armado a través de la reducción de su peso por volumen, el uso de hormigón y refuerzos de alta resistencia, el desarrollo de métodos de diseño estructural de hormigón armado para influencias externas complejas y un aumento en la durabilidad del hormigón armado bajo la influencia de un medio corrosivo.