Vigas Recubrimiento 303e2y

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La importancia del recubrimiento de las armaduras en el hormigón

El recubrimiento de las armaduras en las estructuras de hormigón armado: durabilidad y comportamiento mecánico Uno de los datos fundamentales que se maneja a la hora de analizar o dimensionar estructuras de hormigón armado es el del recubrimiento de las armaduras en el hormigón. Por recubrimiento se entiende el espesor de hormigón que queda entre las armaduras y la superficie de la pieza de hormigón. Se suelen distinguir dos recubrimientos. El denominado geométrico, que es el espesor estricto entre el contorno de la armadura y la superficie exterior de hormigón, y el mecánico, que es la distancia desde el centro de la armadura a esa misma superficie. Aun cuando hay diferencias entre ambos, en la medida en que importan para una u otra cosa, tomaremos el término genérico de recubrimiento como único.

Imagen 1. Separadores o calzos en la armadura para garantizar el recubrimiento. ¿Por qué es importante este recubrimiento de las armaduras? Los motivos son varios, pero todos muy importantes para una buena constitución de las piezas de hormigón armado. Básicamente, hay dos motivos principales para cuidar los recubrimientos: durabilidad y comportamiento mecánico. Para la durabilidad, el recubrimiento es necesario para que la armadura de acero esté protegida del medio ambiente, evitando su corrosión. Si la armadura se corroe -o sufre además algún ataque químico- como poco se producen manchas de óxido en el hormigón que dan aspecto degradado a la estructura y ensucian los acabados, si existen. Pero lo más grave es si la armadura llega a corroerse fuertemente, con penetración en el espesor de las barras de acero. En tal caso, el acero se exfolia -la masa de la barra de acero se convierte en fundas cilíndricas sucesivas- desagregando la barra de acero de la masa de hormigón, lo que es muy perjudicial. Digamos que un buen recubrimiento es garantía de que lo anterior no sucede.

Imagen 2. Armadura con óxido, comienzo de la exfoliación Sin embargo, tampoco es recomendable siempre disponer grandes recubrimientos: si la pieza trabaja a flexión -una viga, por ejemplo- en la cara traccionada no queda más remedio que la fisuración del hormigón para que la armadura pueda entrar en tracción. La apertura de esa fisura depende, entre otros muchos factores, de cuál sea el espesor del recubrimiento. A mayor espesor, más se abren las fisuras. Y por esas fisuras penetra el aire del medio ambiente hasta el interior del hormigón, causando los daños en la estructura que hemos enunciado antes, tal cual el recubrimiento fuera escaso. Por tanto, ni mucho ni poco.

Imagen 3. Rotura del recubrimiento por fisuración del hormigón en la cara traccionada Para el comportamiento mecánico correcto del hormigón, también el recubrimiento de las armaduras en el hormigón es fundamental. De manera un poco simplificada, el hormigón armado basa su comportamiento estructural en que las barras de acero corrugado están perfectamente adheridas a la masa del hormigón, deformándose ambos materiales de igual manera. Para que esto suceda están las corrugas -retallos superficiales en forma de escama oblicua- que permiten transmitir las tensiones entre el hormigón y el acero. Estas tensiones están en todo el perímetro de la armadura en o con el hormigón. Para que el trabajo sea conjunto las tensiones acumuladas en el o con las corrugas han de disiparse en la masa del hormigón. Si en la zona de la barra hacia el exterior el recubrimiento es escaso, sucederá entonces que hay poca masa de hormigón en esa zona para poder disipar las tensiones, por lo que se supera la capacidad resistente en la ligazón entre acero y hormigón y éste se desprende, quedando la armadura entonces sin protección y no adherida al hormigón, con el consiguiente fallo de la estructura.

Imagen 4. Recubrimientos y rotura por escaso recubrimiento de la armadura. Hay que tener en cuenta que el hormigón siempre presenta retracción -pérdida de volumen a lo largo del tiempo- y que ésta tiende a producir fisuras perpendiculares a la directriz de las piezas de estructura, sobre todo en las caras traccionadas de las mismas. Si a esto añadimos que exista un recubrimiento de las armaduras en el hormigón defectuoso, la vida útil de la pieza y su comportamiento mecánico se verán seriamente comprometidos.

4.- la viga: Sección solicitada a momento flector y fuerza cortante. ELU.: - Momento Flector Para el estudio de la sección solicitada por un momento flector, se aplicarán: • La hipótesis de Navier- Bernouilli (la sección gira manteniéndose plana). • Todas las ecuaciones de equilibrio estático de fuerzas y momentos, igualando las resultantes de las tensiones en hormigón y acero y sus momentos a las componentes de la solicitación exterior. 4.1.- Momento interno, viga simplemente armada. Al comenzar a aplicar paulatinamente, carga sobre una viga, comienza esta a flexarse, y para cada estado de deformación se obtiene una distribución de tensiones normales s, que en principio será triangular (lineal) para las compresiones y las tracciones, tal como veíamos en análisis para piezas, de acero por ejemplo, en que se analizaba para cargas de servicio, por método de tensiones isibles. Si, en procura de un máximo rendimiento, se quiere llegar al agotamiento del hormigón y del acero simultáneamente, y teniendo en cuenta los diagramas tensión deformación de los materiales, se llegará a la fisuración del hormigón en la zona traccionada, y se llegará al fin a desarrollar toda la capacidad del hormigón en compresión, lo que según nuestro modelo, dará una distribución de tensiones s, con un tramo en forma de parábola, y otro tramo recto. En tracción, solo aportará el acero del hormigón armado. En esa situación tendremos:

Es fácil observar que el mayor momento interno se generará con εc = 3,5 o/oo y εs = de 2 o/o o . La línea neutra pasa por el punto S. Tomando estos valores y observando el diagrama adoptado para el hormigón - parábola-rectángulo -, se llega al diagrama de tensiones que rehacemos a efectos del cálculo.

El coeficiente 0,85 se toma en función del efecto "cansancio" del hormigón, como ya hemos dicho. Para que exista equilibrio, el momento interno capaz, debe resultar mayor que el provocado en la sección por las acciones externas. Tal como se vio, se mayoran las solicitaciones en un 60%, o sea, multiplicándolas por 1,6.

El coeficiente 0,32, varía en función de la calidad del acero, con valores comprendidos entre 0,32 y 0,34.

En los ensayos la línea neutra en la rotura queda bastante más alta que en la suposición teórica realizada. Esencialmente el tramo recto de la parábola rectángulo asumida, en su diferencia con la forma real del diagrama tensión deformación del hormigón, resulta principal responsable de esta diferencia. La norma UNIT referida, acepta otras formas del diagrama tensión-deformación para el hormigón, refiere en particular al diagrama rectangular equivalente siguiente, que si bien se aparta de las curvas reales, groseramente, da resultados físico-matemáticos idénticos.

4.2.- Pieza doblemente armada. (Continuamos con la posición de la línea neutra asumida anteriormente).

En este caso existe un “par” -acero comprimido acero traccionado- que incrementa el momento interno hasta en un 60%, ∴

Téngase en cuenta que estas dos expresiones no toman en cuenta la carga y son por lo tanto solo orientaciones de predimensionado, primarias. 4.3.- ELS.: control de la deformación.

Para calcular la flecha de una viga puede usarse el módulo de deformación referido antes. Reiteramos, cuando se trata de determinar deformaciones para cargas próximas a las de servicio en una estructura, que producen tensiones en el hormigón del orden del 40 % de la de rotura como máximo, se puede adoptar como módulo de elasticidad un valor constante para cada tipo de hormigón y humedad ambiente, igual o algo menor que el módulo de elasticidad inicial del diagrama.

Existen expresiones que toman en cuenta la cuantía de acero de la pieza de hormigón armado en estudio, y/o la inercia de la sección fisurada, pero los valores anteriores, más simples, resultan en general una aproximación suficiente. Para estimar la deformación esperada debe tenerse en cuenta que el hormigón armado además de la deformación instantánea, manifiesta una deformación diferida en el tiempo que puede alcanzar un 100% (o aún más), de la flecha instantánea correspondiente a las cargas permanentes. 4.4.- ELU.: Cortante. En su fase de comportamiento elástico, se podría desarrollar un análisis similar al realizado para materiales analizables como homogéneos. Para análisis en rotura, el mecanismo resistente es bien diferente, tomamos la descripción de Jimenez Montoya.

Comportamiento en rotura de vigas sin armaduras transversales (sin estribos, ni "hierros" doblados para tomar esfuerzos tangenciales). En el dimensionamiento a cortante, suele itirse la colaboración del acero específico para el trabajo a cortante y ( o mas ), la del hormigón, itiendo un comportamiento aditivo, que suma la

contribución de ambos materiales. La contribución de la sección de hormigón (que llamaremos Vc), se basa en varios efectos que han sido estudiados, ensayando hasta rotura, vigas sin armadura transversal. Los más importantes y mejor conocidos de estos efectos, son los siguientes:

CBH-87 9 ELEMENTOS ESTRUCTURALES

9.1 Vigas

9.1.1 Vigas

Las vigas sometidas a flexión se calcularán de acuerdo con lo dispuesto en 8.1 Cálculo de secciones sometidas a acciones y esfuerzos normales, a partir de los valores de cálculo de las resistencias de los materiales (véanse 5.1 Hormigón) y de los valores mayorados de las cargas y demás acciones (véanse 7.1 Proceso general de cálculo y 7.3 Coeficientes de seguridad).

Si la flexión es esviada, se recurrirá a lo indicado en 8.1.6. Si la flexión esta combinada con esfuerzo cortante, se calculara la pieza frente a este ultimo esfuerzo, con arreglo a lo indicado en 8.2.A y con arreglo a 8.2.B, si además existe torsión.

Posteriormente, se comprobaran las condiciones de adherencia de las armaduras (según 12.3), así como las de fisuración de la pieza (según 8.4). Si se prevé que la pieza puede presentar deformaciones excesivas, se calculara el valor de estas de acuerdo con lo indicado en 8.5. Se comprobara igualmente, cuando se estime necesario, la estabilidad lateral de la pieza con arreglo a lo indicado en 8.3.3.

La disposición de armaduras se ajustara a lo prescrito en 8.1.7, 12.1, 12.2, 12.4 y 12.5.

Deberá tenerse en cuenta además lo indicado en 8.1.7.3, respecto a cuantías geométricas mínimas de armaduras. Comentario Son elementos estructurales lineales, con diferentes formas de sección transversal y que, por lo general, están solicitados principalmente a flexión.

El objeto de las prescripciones es servir de recordatorio de las distintas comprobaciones que deben realizarse en el caso de vigas. Evidentemente, todos los capítulos de la presente norma son aplicables, directa o indirectamente, a todos los tipos de piezas; pero se han destacado aquí los más íntimamente relacionados con los elementos que trabajan a flexión.

Se recuerda que, antes de indicar los cálculos, deberán realizarse las comprobaciones especificadas en 3.5 (valor mínimo de la resistencia del hormigón) y 5.1.3 (resistencia mínima del hormigón en función de la calidad del acero). Se recomienda además que las áreas de las secciones de cada una de las armaduras, tanto de tracción como de compresión, no sobrepasen el 4 % de la sección total del hormigón.

9.1.2 Vigas T

9.1.2.1 Ancho eficaz de la cabeza

El ancho eficaz be, de la cabeza de compresión de una viga T, simplemente apoyada, sometida a una carga uniformemente repartida, se tomara, en función del ancho real “b”, de las tablas 9.1.2.b ó 9.1.2.c, adjuntas, según se trate de vigas aisladas o múltiples respectivamente. Si sobre la viga actúa una carga concentrada en una zona de amplitud “a” en la dirección de la luz, los valores dados por las tablas deberán multiplicarse por el factor de reducción “K”, dado en la siguiente tabla:

En todos los casos y a efectos de determinar el ancho eficaz de la cabeza, deben tenerse en cuenta además las observaciones siguientes:

Los valores indicados en las tablas son validos también para cargas triangulares, parabólicas o sinusoidales, así como para el caso de momentos constantes.

Las tablas son igualmente aplicables al caso de vigas continuas, considerando como valor de la luz la distancia que resulte, para cada estado de carga, entre los puntos de momento nulo. En las proximidades de un apoyo, el ancho eficaz de la cabeza de compresión, a cada lado del nervio, 0,5 (be - bw), no podrá ser superior a la distancia entre el apoyo y la sección considerada. En el caso de piezas “T” provistas de cartelas de ancho bc y altura hc (véase figura 9.1.2.), se sustituirá el ancho real bw, del nervio, por otro ficticio