6.3.- ACEROS PARA HORMIGÓN ARMADO Y PRETENSADO
6.3.- ACEROS PARA HORMIGÓN ARMADO Y PRETENSADO
Es conocido que el hormigón resiste a tracción esfuerzos muy
limitados. Para compensar esta deficiencia suele asociarse con el acero
formando el hormigón armado. De este modo los esfuerzos de tracción los soporta
el metal, mientras que los de compresión los resiste el hormigón.
El hormigón pretensado avanza un paso más, no se limita sólo
a recoger las tracciones que el hormigón no es capaz de resistir, sino que se
tracciona el acero para someter al hormigón a una precompresión. De este modo,
cuando se aplican las cargas de servicio, el hormigón está sometido a fuertes
esfuerzos de compresión, que son bien resistidos, y a bajos o nulos niveles de
tracción, que soportaría mal.
Las barras de acero se unen entre sí dando como resultado
una jaula de armadura. En el caso de hormigón armado esta armadura no tiene
precarga, por lo que se habla de armadura pasiva, sin embargo, en el
pretensado, por tener carga, se denomina armadura activa.
El acero que se emplea en hormigón armado y pretensado debe
cumplir las normas específicas de cada producto. Sin embargo, para el uso
estructural se puede emplear la instrucción EHE, que recoge las condiciones
mínimas exigibles para el uso de acero en hormigón armado y pretensado.
6.3.1.- ARMADURAS PASIVAS
Los elementos de acero empleados como armaduras pasivas se
fabrican mediante laminación en caliente con un posible tratamiento térmico o
termomecánico. Además, pueden tener parte de deformación en frío sin llegar a
reducciones de sección mayores del 10%. A continuación, se describe cada uno de
los productos que puede ser empleado en la construcción de armaduras.
Barras corrugadas: Las barras de acero que se emplean
en el hormigón presentan geometría cilíndrica con resaltos en su superficie
lateral. Estos resaltos se denominan corrugas y pueden ser
perpendiculares u oblicuos respecto al eje de la barra. Existen además dos
resaltos longitudinales, conocidos como aletas, que dividen la superficie
lateral de la barra en dos mitades en las que se disponen las corrugas.
Las barras corrugadas se suministran de dos modos, en
longitud de 120 m, u opcionalmente, en el caso de diámetros menores de 12 mm,
en rollo. Además, en el mercado sólo hay una serie de diámetros nominales para
barras establecidos por la EHE:
6 – 8 -10 – 12 – 14 –
16 -20 -25 -32 y 40 mm
Nomenclatura de las barras corrugadas. Las barras corrugadas
que se pueden emplear en hormigón armado tienen una designación simbólica que
se construye siempre de la siguiente manera:
Símbolo “∅”
Diámetro
nominal en mm
B, símbolo identificativo de
acero para hormigón armado
Límite elástico, sólo se fabrican
barras de 400 y 500 N/mm2
Tipo, S, soldable, o SD, soldable
y con características especiales de ductilidad
Norma UNE correspondiente
Ejemplo: ∅16 B 500 SD UNE
36065:2000
Con el objetivo de facilitar la identificación visual del
tipo de acero, se asigna a cada uno de los tipos de acero una disposición
diferente de corrugas. Los tipos B400 y B500S presentan un lado común con
corrugas a 70º y otro lado definitorio del tipo de acero.
Existe más información codificada en el corrugado de las
barras. Se trata de la identificación del país de origen y fabricante de
cualquier barra corrugada. Esta información se establece empleando un código
numérico extraído mediante unas corrugas más gruesas que se sitúan al comienzo
de la barra, tal y como puede verse en la figura.
Cada tipo de barras corrugadas tiene unos parámetros
resistentes mínimos garantizados por el fabricante que se recogen en la
siguiente tabla.
Mallas electrosoldadas: Las mallas electrosoldadas
son retículas de barras montadas en taller que se emplean como armadura en
superficies planas como muros, forjados, etc. Cada vez se emplean más y
sustituyen a los montajes manuales en todos los campos donde es posible.
Se componen básicamente de un conjunto de barras
longitudinales y transversales unidas entre sí por una soldadura de montaje.
Este proceso de fabricación está completamente automatizado, de ahí su
economía.
Para definir las mallas electrosoldadas, es preciso
concretar los diámetros de las barras longitudinales y transversales, la
separación entre las mismas y la longitud y anchura del panel total que
conforman. Cuando las mallas han de cubrir una extensa superficie, se deben
colocar de modo que una se solape sobre la otra una cierta longitud, para que
de este modo, se puedan transmitir los esfuerzos entre las barras
transversales.
Nomenclatura de las mallas electrosoldadas. La
designación de una malla electrosoldada se compone de:
Las letras ME, distintivas del
producto (Malla electrosoldada).
Las separaciones entre elementos
longitudinales (sl) y elementos transversales (st), expresadas en centímetros y
unidas por el signo x.
Distintivo del tipo de ahorro
utilizado en el panel, de acuerdo con el siguiente código:
Con ahorro
estándar A
Con ahorro no estándar E
Sin barras de
ahorro Ningún símbolo
El símbolo ∅seguido de los diámetros de los elementos longitudinales (dl) y
transversales (dt), expresados en milímetros y separados por un guión. En las
mallas dobles el símbolo ∅irá seguido
de la letra D.
Designación del tipo de acero,
B400S, B500S, B400SD, B500SD y B500T.
La longitud (i) y la anchura (b)
del panel, expresadas en metros.
Referencia a la norma de producto, UNE 36092:1996.
En la siguiente tabla se desarrolla un ejemplo de malla electrosoldada
estándar.
Armaduras básicas electrosoldadas en celosía: Las
armaduras electrosoldadas en celosía se componen de un elemento longitudinal
superior, dos elementos longitudinales inferiores, y elementos transversales de
conexión que forman la celosía. Todas las barras con misión resistente deben
ser corrugadas, aunque puede haber elementos de montaje que emplean barra lisa.
Estas armaduras se construyen automáticamente con maquinaria
que utiliza soldadura por resistencia. Al igual que en el caso de las mallas
electrosoldadas, las máquinas suelen estar abastecidas por rollos de corrugado.
La razón principal de la existencia de las armaduras básicas como producto
comercial es su empleo en la fabricación de viguetas y semiviguetas, elementos
que son de uso universal en la construcción de forjados de hormigón armado.
Fibras metálicas para hormigón: El componente
metálico del hormigón armado suele estar constituido por elementos alargados,
como barras corrugadas, que son los encargados de resistir las tracciones. Es
posible conseguir un efecto similar si al hormigón se le mezcla una serie de
pequeñas fibras metálicas. Estas fibras consiguen mejorar la cohesión de las
partículas que componen el hormigón, aumentando así la resistencia a tracción
de éste.
La longitud habitual de las fibras oscila entre 30 y 40 mm.
Su espesor es de 0,5 a 0,8 mm, si presentan sección circular o similar, y desde
0,25 mm hasta unas decenas de micras, si están constituidas por bandas, en cuyo
caso presentan un ancho del orden de 1 a 2 mm.
Existen varios fabricantes de fibras para hormigón, donde
cada uno plantea diseños diferentes. En algunos casos, las fibras son un
subproducto de otras operaciones, como en el caso de las fibras Harex que se
obtienen de viruta de fresado. Sin embargo, es más frecuente que las fibras se
obtengan directamente a partir de un acero adecuado, trefilado (Slidur),
inoxidable (dramix), galvanizado, fundición, etc.
6.3.2.- ARMADURAS ACTIVAS
Las armaduras activas son los elementos de acero
empleados en el hormigón pretensado. Su misión es la de soportar la
carga de tracción durante toda la vida útil de la pieza de hormigón. Como deben
soportar altas cargas, se emplean aceros de alto límite elástico, superior a
1400 MPa, para lo cual se suelen utilizar aceros medios o altos en carbono con
microestructura martensítica o perlítica.
Los alambres de pretensado son la unidad fundamental de
cordones y tendones. Estos alambres se fabrican a partir de alambrón laminado
en caliente de un acero de composición adecuada. Para transformar el alambrón
en alambres de sección adecuada se emplea el trefilado, en el cual se
reduce el diámetro mediante sucesivas pasadas por una matriz cónica. Tras
ajustar el diámetro del alambre se trenza el cordón y finalmente, se realiza un
tratamiento termomecánico, como un temple seguido de revenido.
Existen diversas armaduras activas disponibles para su
empleo en estructuras de hormigón pretensado, distinguiéndose entre alambres,
barras, cordones y tendones. Existe normativa sobre la calidad de los aceros y
en el caso de los alambres y cordones, también sobre la geometría. Así podemos
distinguir:
-
Alambre: Producto de sección maciza,
procedente de un estirado en frío o trefilado de alambrón que normalmente se
suministra en rollo.
-
Barra: Producto de sección maciza, que se
suministra solamente en forma de elementos rectilíneos.
-
Cordón de 2 ó 3 alambres: Conjunto
formado por dos o tres alambres de igual diámetro nominal d, todos ellos
arrollados helicoidalmente, con el mismo paso y el mismo sentido de torsión,
sobre un eje ideal común.
-
Cordón de 7 alambres: Conjunto formado
por seis alambres de igual diámetro nominal d, arrollados helicoidalmente, con
igual paso y en el mismo sentido de torsión, alrededor de un alambre central
recto cuyo diámetro estará comprendido entre 1,02 d y 1,05 d.
-
Tendón: Conjunto de armaduras paralelas
de pretensado que, alojadas dentro de un mismo conducto denominado vaina, se
consideran en los cálculos como una sola armadura.
Los alambres y
cordones son armaduras activas estandarizadas y recogidas en la instrucción
EHE. Se nombran con la letra Y, identificativa de acero para hormigón
pretensado, seguida de la tensión máxima garantizada y finalmente una
referencia al número de alambres que componen el elemento, una C en el caso de
un único alambre y S2, S3 y S7 para cordones de 2,3 y 7 alambres.
La barra de pretensado es un producto de sección maciza que
se suministra solamente en forma de elementos rectilíneos y que, además suele
tener sus extremos roscados para enlazarlas con el resto de la estructura
mediante tuerca y tornillos.
Por otro lado, los tendones de pretensado se definen como un
conjunto de cordones estandarizados que se suministran de manera conjunta, muchas
veces con algún elemento que impide su descolocación como por ejemplo una vaina
plástica. En la práctica, cada fabricante posee modelos diferentes de tendones
de pretensado con configuraciones similares a las de los cables.
Generalmente, por el tipo de acero con el que están
construidas las armaduras activas, es imposible su soldadura. Además, por su
escasa plasticidad, no es recomendable su doblado, aunque es posible en cierta
medida.
Las armaduras activas deben cumplir la misión de introducir
una carga en la zona adecuada del hormigón. Esta carga ha de permanecer durante
toda la vida útil por encima de un umbral mínimo. Como garantía se realizan
ensayos de tracción, relajación, fatiga y composición química, según la norma
EHE, deben cumplir los siguientes requisitos fundamentales:
o
fy = 0,88 – 0,95 fmax
o
Ɛmax > 3,5 %
o
Tras el ensayo de tracción, la barra ha de
presentar estricción a simple vista
o
La relajación a 1.000 horas a 20±1ºC y para una tensión
inicial igual al 70 % de fmax no será superior al 2 %
o El módulo
elástico ha de ser garantizado por el fabricante con una tolerancia de ±7 %.