Acero de Refuerzo y Hormigón Armado: Propiedades, Ensayos y Prácticas Constructivas Esenciales

Introducción al Acero de Refuerzo y Hormigón Armado

La armadura es la forma que toma el hierro cuando es sometido a ciertos tratamientos que lo hacen más resistente.

Propiedades Mecánicas del Acero

Ductilidad: Capacidad para deformarse al soportar esfuerzos de tracción sin romperse.
Dureza: Propiedad que se opone a la penetración de otro material.
Resistencia a la Tracción: Fuerza máxima por unidad de área al ser estirado.
Maleabilidad: Capacidad del acero para soportar la deformación al ser comprimido sin romperse.
Tenacidad: Posee una buena ductilidad y una buena resistencia al mismo tiempo.

Además de la calidad del hormigón, es también importante el grado del acero de refuerzo.

Nomenclatura y Características de la Armadura

Fe: Característica de la armadura, diámetro en milímetros y espaciamiento en centímetros.
Lu: Largo unitario en centímetros de un fierro, dato que se entrega en el plano, corresponde a la suma de los largos parciales.
Lc: Largo a cubrir (longitud en centímetros) donde se colocará y distribuirá la armadura en el espacio dado.
# Fe: Número de fierros de igual característica que se colocarán en el largo a cubrir.

Clasificación y Requisitos del Acero para Hormigón Armado

Clasificación de Aceros según Norma

Los aceros especificados por esta norma para la elaboración de barras laminadas en caliente para hormigón armado se clasifican según su grado:
- A: Acero al carbono
- ZZZ: Caracteres numéricos que representan la tensión máxima del acero, expresada en MPa.
- Yyy: Caracteres numéricos que representan el límite de fluencia mínimo del acero, expresado en MPa.
- H: Acero para uso en hormigón armado
El proceso de fabricación puede ser al horno eléctrico o por sistema básico al oxígeno y por colada continua, o aquellos procesos en NCh221 para aceros laminados a partir de rieles.

Ejemplos de Clasificación de Aceros

A42-27ES Significa:

A: Acero al carbono
42: Resistencia a la tracción de 420 MPa.
27: Límite de fluencia de 270 MPa.
E: Apropiado para estructuras.
S: Soldabilidad.

A63-42H Significa:

A: Acero al carbono
63: Resistencia a la tracción de 630 MPa.
42: Límite de fluencia.
H: Uso para hormigón.

Malla ACMA AT56-50H Significa:

A: Acero
T: Trefilado
56: Límite de ruptura de 5.600 kg/cm².
50: Límite de fluencia de 50 kg/cm².
H: Uso para hormigón.

Consideraciones para Verificar el Grado del Acero de Refuerzo

Características nominales:
- Diámetro, Masa, Sección, Perímetro, Dimensiones de los Resaltes.
- Espaciamiento medio máximo (E), Altura media mínima (H), Ancho base máximo (A).

Manejo y Almacenamiento del Acero de Refuerzo

Transporte

Se realiza en camiones que poseen rampas largas para evitar que las barras arrastren el pavimento o sobresalgan de la plataforma. La carga es repartida y amarrada de forma uniforme. Está prohibido que la carga exceda del largo normal de la rampa o plataforma del camión, con el objetivo de evitar accidentes.

Recepción

Se debe entregar el material lo más cercano al lugar de almacenamiento mediante una guía de despacho detallada. La persona que recibe debe revisar el documento. Si la compra fue realizada por barras, se verifica la compra contando las barras, según diámetro y largo. Si el pedido no es el mismo que dice la guía de despacho, se debe informar al superior responsable y/o al proveedor.

Descarga

Se debe descargar con la mayor celeridad posible para evitar atrasos en nuevas entregas y para desocupar los espacios disponibles.

Almacenamiento

Separar las barras según calidad, diámetro y largos.

Ensayos de Materiales para Armaduras y Encofrados

Los ensayos a los que se someten los aceros son:

Ensayo de Tracción (NCh 204)

La tracción es una forma de trabajo en la que actúan fuerzas en direcciones contrarias que tienden a alargar el elemento. Este ensayo permite medir la ductilidad y la resistencia del elemento. En este ensayo, se somete a una muestra (probeta) a una fuerza de tracción que va aumentando. Se miden los alargamientos de la probeta.

Definiciones Clave del Ensayo de Tracción

Resistencia de Tracción (Fu): Tensión máxima durante el ensayo de tracción.
Tensión de Fluencia (Fy): Tensión en el punto de fluencia en aquellos aceros que presentan un punto de fluencia definido o que producen una deformación constante del 0,20%.
Fluencia: Deformación irrecuperable de un elemento; solo se recupera la deformación elástica.
Límite de Elasticidad: Tensión máxima que un material elastoplástico puede soportar antes de deformarse permanentemente.

Detalles del Proceso de Ensayo de Tracción

En el ensayo se dice que el material sobrepasó su límite elástico cuando la carga es de magnitud suficiente para iniciar una deformación plástica, es decir, no se recupera.
El esfuerzo alcanza su máximo en el valor de resistencia máxima a la tensión. En este valor de esfuerzo se forma en la probeta una estricción o cuello. Esta reducción localizada en el área de la sección transversal concentra el alargamiento posterior. Formado este cuello, el esfuerzo disminuye al aumentar la deformación y continúa disminuyendo hasta que la probeta se rompe.
El ensayo se realiza sobre muestras de barra de refuerzo en su sección completa, tal como salen de la laminación, según la norma NCh 200 Of. 72.

Ensayo de Dureza

Mide la resistencia de un material a la penetración de un punzón o una cuchilla.

Ensayo de Impacto

Utilizado para medir la tenacidad del acero. Se usa una probeta especial de acero, la cual es sometida a un fuerte impacto, producto del cual se rompe rápidamente. Los resultados no se consideran en el diseño, pero son útiles en la producción.

Ensayo de Doblado (NCh 204)

Se puede obtener una idea aproximada sobre el comportamiento del acero a la flexión o esfuerzo de doblado.

Normas ASTM y Clasificación de Aceros

Clasificación de los Aceros por Composición Química

Considera como base la composición química y se divide en los siguientes subgrupos:

Aceros de Carbono: Aceros donde está presente el carbono y elementos residuales, como manganeso, silicio, fósforo y azufre, en cantidades normales.
Aceros Aleados de Baja Aleación: Aceros en donde los elementos residuales están por encima de los valores normales, o donde hay presencia de elementos aleantes.
Aceros de Alta Aleación: Acero donde la cantidad total de elementos aleantes está al mínimo. No solo la microestructura de los aceros puede verse perjudicada, sino que también los tratamientos térmicos comerciales sufren modificaciones, exigiendo condiciones especiales.
Aceros Aleados de Media Aleación: Aquellos que son considerados un grupo intermedio entre los dos anteriores.

Hormigón Armado: Composición y Comportamiento

En el hormigón armado actúan dos materiales muy diferentes: hormigón en masa y acero. Ambos, unidos, forman un cuerpo sólido muy resistente.

Aditivos del Hormigón

Materiales activos agregados al hormigón en cantidades pequeñas para modificar alguna de sus propiedades por acción física o química.

Definiciones de Aditivos

Fraguado Inicial: Tiempo transcurrido desde el momento en que el cemento entra en contacto con el agua. Es el momento en que el hormigón presenta una resistencia a la penetración de 3,5 MPa.
Plastificantes: Material que aumenta la docilidad para un determinado contenido de agua.
Retardador de Fraguado: Material que disminuye la velocidad de la reacción química entre el cemento y el agua una vez iniciado el fraguado.
Acelerador de Fraguado: Material que aumenta la velocidad química entre el agua y el cemento.
Plastificante Retardador: Material que combina las acciones de plastificante y retardador.
Plastificante Acelerador: Material que combina la acción de plastificante y acelerador.
Superplastificantes: Mediante su acción fluidificante, proporciona una alta docilidad o permite la disminución del agua libre para una docilidad dada.
Superplastificante Retardador: Combina las acciones de superplastificante y retardador.

Comportamiento Mecánico de los Materiales

Compresión: Dos fuerzas que actúan en sentido contrario sobre un mismo cuerpo.
Son pocos los elementos que resisten bien la tracción, siendo los principales el acero, la madera y también el hormigón armado.
Flexión: Forma de trabajo en la que intervienen los dos tipos de esfuerzos mencionados: compresión y tracción.
Pandeo: Curvatura hacia un lado que sufre un pilar o una barra y que termina en su rotura. Aparece si aumenta el esfuerzo en un pilar alto y delgado o en una barra esbelta. Al curvarse, la barra se asemeja a la flexión, pero difieren en la forma de producirse: en el pandeo, las cargas se aplican en el sentido de su eje mayor. Además, la flexión se puede producir en diversas direcciones.
Corte o Cizalle: Esfuerzo que se produce en barras de cualquier material que se hallan sometidas a dos fuerzas transversales contrarias en el largo de un mismo plano.

Elementos Estructurales y Constructivos

Elementos del Hormigón Armado

Amarras: Se utilizan para fijar barras entre sí durante el proceso de construcción (armado de los refuerzos y hormigonado de los elementos).
Armadura Principal: Armadura que va más cerca de la cara exterior de muros y losas.
Armadura Secundaria: Armadura que va detrás de la armadura principal.
Armadura de Retracción: Armadura mínima necesaria para controlar la fisuración por retracción en elementos sin restricción externa importante.
Empalme: Mecanismo que permite la transmisión de esfuerzos entre dos barras orientadas en una misma dirección. Los empalmes pueden ser por simple traslape, mecánicos y soldados.
Estribos (cercos): Barras dobladas formando un polígono (en general, rectángulo o rombo). Se utilizan para resistir los esfuerzos de corte de vigas y machones, para armar y confinar vigas y machones, y para acortar la luz de pandeo de barras (de columnas, vigas y muros) sometidas a compresión.
Longitud de Desarrollo: Distancia que una barra debe estar embebida en el hormigón para poder transmitir al hormigón el esfuerzo de diseño de la barra.
Resaltes: Protuberancias de las barras de refuerzo que permiten mejorar la adherencia entre el hormigón y las barras de esfuerzo.

Definiciones Generales de Construcción

Acero ASTM A 36: Acero estructural al carbono, usado en estructuras metálicas como puentes, torres de energía y comunicación, edificaciones remachadas, atornilladas, soldadas y señalización.
ASTM C1157: Especificación Normalizada de Desempeño para Cemento Hidráulico.
ASTM C150-07: Especificación Normalizada para Cemento Portland (cemento compuesto de una mezcla de caliza y arcilla que fragua muy despacio, es muy resistente y, una vez seco, adquiere un color similar al de la piedra de cantera).
ASTM A767: Especificación Normalizada para Barras de Acero Cincadas (Galvanizadas).
Hormigón: Mezcla de arena, ripio y un aglomerante amasada con agua, que tiene la propiedad de fraguar o endurecer.
Hormigón Armado: Hormigón que contiene armadura en su interior, formada por barras de acero.
Ensaye: Prueba a la que se someten los materiales en laboratorios especiales para probar sus cualidades.
Fuerza: Acción y reacción capaz de poner un cuerpo en movimiento o modificar el desplazamiento de uno que ya está en movimiento.
Carga: Peso que soporta una estructura.
Pilar: Elemento vertical y aislado que sirve de soporte a un techo o a un piso superior de un edificio.
Viga: Elemento estructural largo, colocado libremente entre dos apoyos.
Losa: Placa de hormigón armado, en posición horizontal, que se apoya en los muros y sirve de separación.
Cadena: Amarra horizontal y continua de hormigón armado, que corre sobre los muros de ladrillos o bloques de cemento.
Muro: Pared de ladrillos, piedra, bloques de cemento u hormigón que recibe las cargas.
Tabique: Pared que no soporta cargas y sirve para separar o dividir interiores.
Alzaprisma: Puntales o pies derechos verticales con los que se sostienen los moldajes de losas y vigas de hormigón armado.
Emplantillado: Cama de hormigón que se coloca bajo las fundaciones del edificio.
Talud: Inclinación del paramento de un muro o terreno.
Paramento: Cada cara de todo elemento constructivo vertical.
Hierro: Metal más usado en construcción: el acero.
Elemento Constructivo: Conjunto de materiales que forman muros, tabiques, ventanas, etc.
Elemento de Estructura: Todo elemento resistente de una construcción, como cimientos, muros soportantes, suelo.
Proyecto: Conjunto de antecedentes de una obra: planos, memorias, especificaciones técnicas.

Requisitos Básicos para el Acero de Refuerzo en Hormigón Armado

Corrosión de las Barras de Refuerzo: Se permite el uso de barras con corrosión menor, siempre que esta no esté adherida a la superficie de las barras ni haya comprometido su sección. No se acepta el uso de barras sucias con lechada de cemento, aceite o cualquier otro tipo de material que afecte al hormigón.
Recubrimiento Mínimo: Las barras de refuerzo se recubren por tres razones:
1. Para proteger las armaduras de la corrosión.
2. Para proteger la armadura del calor de posibles incendios.
3. Para que las barras puedan transmitir los esfuerzos a los que puedan quedar sometidas al hormigón.
Soldaduras entre Barras y a Barras de Refuerzo: No se permite soldar las barras de refuerzo entre sí, ni soldar cualquier tipo de elemento a los refuerzos.
Doblado de Barras: Diámetros de doblado: doblado hacia el exterior en bordes cóncavos; doblado de barras parcialmente embebidas en hormigón.
Anclaje de Barras y Empalmes por Traslapo: Para que las barras de acero puedan cumplir su función, es necesario que se deformen con el hormigón que las rodea y que sus extremos estén debidamente anclados al hormigón. Implican la transferencia de esfuerzos entre el hormigón y las barras de refuerzo.

Definición de Obra Gruesa

Obra gruesa: Es la parte de una edificación que abarca desde los cimientos hasta la techumbre, incluida la totalidad de su estructura y muros divisorios, sin incluir instalaciones, terminaciones y cierres de vanos.