El objetivo principal de este post es compartir información sobre concreto armado y brindar opciones de bibliografía a los alumnos y profesionales interesados en el tema.
¿Qué es el concreto?
El concreto es una mezcla de arena, grava, roca triturada, u otros agregados unidos en una masa rocosa por medio de una pasta de cemento y agua. En ocasiones, uno o más aditivos se agregan para cambiar ciertas características del concreto, tales como la ductilidad, durabilidad y tiempo de fraguado.
Al igual que la mayoría de los materiales pétreos, el concreto tiene una alta resistencia a la compresión y una muy baja resistencia a la tensión. El concreto reforzado es una combinación de concreto y acero en la que el refuerzo de acero proporciona la resistencia a la tensión de que carece el concreto.
El acero de refuerzo es también capaz de resistir fuerzas de compresión y se usa en columnas, así como en otros miembros estructurales.
Ventajas del concreto armado
El concreto reforzado es probablemente el material disponible más importante para la construcción. Puede usarse en una u otra forma para casi todas las estructuras, grandes o pequeñas: En edificios, puentes, pavimentos, presas, muros de retención, túneles, instalaciones de drenaje e irrigación, tanques, etc.
El gran éxito de este material universal en la construcción puede entenderse fácilmente si se consideran sus numerosas ventajas. Algunas de éstas son las siguientes:
- Tiene una resistencia considerable a la compresión por unidad de costo en comparación con muchos otros materiales.
- El concreto reforzado tiene gran resistencia a las acciones del fuego y el agua y, de hecho, es el mejor material estructural que existe para los casos en que el agua esté presente. Durante incendios de intensidad media, los miembros con un recubrimiento adecuado de concreto sobre las varillas de refuerzo sufren sólo daño super¿ cial sin fallar.
- Las estructuras de concreto reforzado son muy rígidas.
- Requiere de poco mantenimiento.
- Comparado con otros materiales, tiene una larga vida de servicio. Bajo condiciones apropiadas, las estructuras de concreto reforzado pueden usarse indefinidamente sin reducción en sus capacidades de carga. Esto puede explicarse por el hecho de que la resistencia del concreto no disminuye con el tiempo, sino que en realidad aumenta con los años, debido al largo proceso de solidificación de la pasta de cemento.
- Es prácticamente el único material económico disponible para zapatas, losas de piso, muros de sótano, pilares y construcciones similares.
- Una característica especial del concreto es la posibilidad de colarlo en una variedad extraordinaria de formas que van desde simples losas, vigas y columnas, hasta grandes arcos y cascarones.
- En muchas regiones, el concreto aprovecha para su elaboración la existencia de materiales loca-les baratos (arena, grava y agua) y requiere cantidades relativamente pequeñas de cemento y acero de refuerzo, las cuales puede ser necesario conseguir en otras regiones del país.
- Se requiere mano de obra de baja calificación para su montaje, en comparación con otros mate-riales, como el acero estructural.
Desventajas del concreto armado
Para usar con éxito el concreto, el proyectista debe estar completamente familiarizado con sus puntos débiles, así como con sus puntos fuertes. Algunas de sus desventajas son las siguientes:
- El concreto tiene una resistencia muy baja a la tensión, por lo que requiere el uso de un refuerzo de tensión.
- Se requieren cimbras para mantener el concreto en posición hasta que se endurezca lo suficiente. Además, pueden requerirse obras falsas o apuntalamiento para apoyar la cimbra de techos, muros, pisos y estructuras similares hasta que los miembros de concreto adquieren su¿ ciente resistencia para soportarse por sí mismos. La obra falsa es muy cara. Su costo (en EUA) es de uno a dos tercios del costo total de una estructura de concreto reforzado, con un valor promedio aproximado de 50%. Debe ser claro que cuando se trata de mejorar el costo de las estructuras de concreto reforzado, el factor principal reside en la reducción del costo de la cimbra.
- La baja resistencia por unidad de peso de concreto conduce a miembros pesados.Esto se vuelve muy importante en estructuras de gran claro, en donde el gran peso muerto del concreto tiene un fuerte efecto en los momentos flexionantes. Pueden usarse agregados ligeros para reducir el peso del concreto, pero el costo del concreto aumenta.
- Similarmente, la baja resistencia por unidad de volumen del concreto implica que los miembros serán relativamente grandes, lo que es de una considerable importancia en edificios altos y en estructuras de grandes claros.
- Las propiedades del concreto varían ampliamente debido a las modificaciones en su proporción y mezclado. Además, el colado y curado del concreto no son tan cuidadosamente controlados como la producción de otros materiales; por ejemplo, el acero estructural y la madera laminada.
- Otras dos características que pueden causar problemas son la contracción y la fluencia plástica del concreto.
Libros de Concreto Armado
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Antecedentes históricos
La mayoría de la gente piensa que el concreto se ha estado usando durante muchos siglos, pero no es así. Los romanos utilizaron una especie de cemento, llamado puzolana, antes del nacimiento de Cristo. Encontraron grandes depósitos de ceniza volcánica arenosa cerca del Monte Vesubio y en otros lugares en Italia.
Cuando mezclaron este material con cal viva y agua, además de arena y grava, dejando endurecer la mezcla, se produjo una sustancia rocosa que utilizaron como material de construcción. Se podría pensar que resultaría una especie de concreto relativamente pobre, en comparación con las normas actuales, pero algunas estructuras de concreto romanas siguen de pie hoy en día. Un ejemplo es el Panteón (un edificio dedicado a todos los dioses) que se encuentra en Roma y se terminó en el año 126 de nuestra era.
El arte de hacer concreto puzolánico se perdió durante la Edad Media y fue resucitado hasta los siglos XVIII y XIX. En Inglaterra se descubrió en 1796 un depósito de piedra de cemento natural que fue vendida como “cemento romano”. Se descubrieron otros depósitos de cemento natural tanto en Europa como en América, que fueron explotados durante varias décadas.
El verdadero gran adelanto para el concreto ocurrió en 1824 cuando un albañil inglés llamado Joseph Aspdin, después de largos y laboriosos experimentos, obtuvo una patente para un cemento que él llamó cemento portland, debido a que su color era muy similar al de la piedra de una cantera en la isla de Portland, en la costa inglesa.
Él hizo su cemento con ciertas cantidades de arcilla y piedra caliza que pulverizó y quemó en la estufa de su cocina, moliendo después la escoria resultante para obtener un polvo fino. En los primeros años tras su invención, ese cemento se usó principalmente en estucos.1Este extraordinario producto fue adoptado poco a poco por la industria de la construcción y ni siquiera fue introducido en Estados Unidos sino hasta 1868; el primer cemento portland no se fabricó en Estados Unidos sino hasta la década de 1870.
Los primeros usos del concreto no son bien conocidos. Muchos de los trabajos iniciales fueron hechos por los franceses François Le Brun, Joseph Lambot y Joseph Monier. En 1832 Le Brun construyó una casa de concreto y siguió después la construcción de una escuela y una iglesia con el mismo material.
Alrededor de 1850, Lambot construyó una embarcación de concreto reforzado con una red de alambres o varillas paralelas. Sin embargo, se le acredita a Monier la invención del concreto reforzado. En 1867 él recibió una patente para la construcción de tinas o receptáculos y depósitos de concreto, reforzados con una malla de alambre de hierro. Su meta reconocida al trabajar con este material era obtener un bajo peso sin tener que sacrificar resistencia.
De 1867 a 1881 Monier recibió patentes para la fabricación de durmientes, losas de piso, arcos, puentes peatonales, edificios y otros elementos de concreto reforzado en Francia y Alemania. Otro francés, François Coignet, construyó estructuras simples de concreto reforzado y desarrolló métodos básicos de diseño.
En 1861 publicó un libro en el que presentaba un buen número de aplicaciones. Fue la primera persona en darse cuenta que la adición de demasiada agua a la mezcla reducía considerablemente la resistencia del concreto. Otros europeos que experimentaron con el concreto reforzado en sus etapas iniciales fueron los ingleses William Fairbairn y William B. Wilkinson, el alemán G.A. Wayss y otro francés, François Hennebique.
William E. Ward construyó el primer edificio de concreto reforzado en Estados Unidos en Port Chester, Nueva York, en 1875. En 1883 presentó un artículo ante la American Society of Mechanical Engineers donde afirmaba haber obtenido la idea del concreto reforzado al observar a trabajadores ingle-ses en 1867 intentando limpiar el cemento endurecido de sus herramientas de hierro.
Thaddeus Hyatt, un estadounidense, fue probablemente la primera persona en analizar correcta-mente los esfuerzos en una viga de concreto reforzado y en 1877 publicó un libro de 28 páginas titulado An Account of Some Experiments with Portland Cement Concrete, Combined with Iron as a Building Material. En este libro elogió el uso del concreto reforzado y dijo que “las vigas laminadas (acero) tienen que aceptarse con base en un acto de fe”. Hyatt puso mucho énfasis en la alta resistencia del concreto al fuego.
E.L. Ransome, de San Francisco, supuestamente usó concreto reforzado en los primeros años dela década de 1870 y fue el inventor de las varillas corrugadas (o retorcidas), para las que obtuvo una patente en 1884. Estas varillas, que eran de sección transversal cuadrada, se torcían en frío con una vuelta completa en una longitud de no más de 12 veces el diámetro de la varilla.7 (El propósito de torcerlas era proporcionar mejor adherencia entre el concreto y el acero.) En 1890, en San Francisco, Ransome construyó el museo Leland Stanford Jr. Se trata de un edi¿ cio de concreto reforzado de 312 pies de largo y 2 niveles de altura en el que se usó como refuerzo de tensión el alambre de los cables de desecho de un sistema de transporte funicular. Este edi¿ cio sufrió pocos daños en el sismo de 1906 y el incendio que resultó. El limitado daño a este edi¿ cio y otras estructuras de concreto que resistieron el gran incendio de 1906 condujo a una amplia aceptación de esta forma de construcción en la costa occidental de Estados Unidos. Desde 1900-1910, el desarrollo y uso del concreto reforzado en Estados Unidos ha sido muy rápido
A continuación te mostraré bibliografía en inglés de concreto armado, ya que se sabe que la información mas importante primero se publica en este idioma:
Libros de concreto armado en inglés
Comparación entre concreto armado con el acero estructural
Cuando está bajo consideración un tipo particular de estructura, puede ser que el estudiante perplejo se pregunte: ¿debe usarse concreto reforzado o acero estructural? Hay mucha discusión sobre esta cuestión, pues mientras los partidarios del concreto reforzado muestran al acero como un material que se corroe, los que favorecen dicho metal señalan que el concreto es un material que tiende a retornar a su estado natural (es decir, arena y grava) bajo esfuerzos de tensión demasiado grandes.
No hay una respuesta simple a esta pregunta, sobre todo porque ambos materiales tienen muchas características excelentes que pueden utilizarse con tan buenos resultados en muchos tipos de estructuras. De hecho, con frecuencia ambos se utilizan en las mismas estructuras con estupendos resultados.
La selección del material estructural que se ha de usar en un edificio determinado depende de la altura y claro de la estructura, el mercado de materiales, de las condiciones de la cimentación, de los códigos locales de construcción y de consideraciones arquitectónicas.
Para edificios de menos de 4 niveles, el concreto reforzado, el acero estructural y la construcción con muros de carga pueden competir entre sí. En edificios de 4 a 20 niveles, el concreto reforzado y el acero estructural son económicamente competitivos, pero para edificios de más de 20 niveles se prefiere el acero estructural. Sin embargo, actualmente el concreto reforzado se ha vuelto cada vez más competitivo para edificios de más de 20 niveles y hay ya un número de edificios de concreto reforzado de mayor altura alrededor del mundo.
El edificio Water Tower Place en Chicago de 74 niveles, de 859 pies de altura es el edificio de concreto reforzado más alto en el mundo. La torre CN de 1 465 pies (que no es un edificio) en Toronto, Canadá, es la estructura más alta de concreto reforzado en el mundo.
Aunque a todos nos gustaría participar en el diseño de grandes y prestigiosos edificios de concreto reforzado, simplemente no se hacen los suficientes. Como resultado, casi toda nuestra labor se invierte en el diseño de estructuras mucho más pequeñas. Acaso 9 de cada 10 edificios en Estados Unidos tienen una altura de 3 niveles o menos y más de dos tercios de ellos contienen un área de piso de 15 000 pies2 o menos.
Las condiciones de la cimentación con frecuencia suelen afectar la selección del material por usar en la estructura de un edificio. Si las condiciones de la cimentación son pobres, puede ser más conveniente usar una estructura de acero debido al menor peso de ésta.
El código de construcciones en una ciudad específica puede favorecer más a uno de los materiales que a los otros. Por ejemplo, muchas ciudades tienen zonas de incendio en las que sólo pueden erigirse estructuras a prueba de fuego, lo cual favorece al concreto reforzado.
Finalmente, el factor tiempo favorece a las estructuras de acero, ya que éstas pueden erigirse mucho más rápidamente que las estructuras de concreto reforzado. Sin embargo, la ventaja del tiempo no es tan grande como podría parecer a primera vista, porque en caso de que la estructura deba estar calificada a prueba de fuego, el constructor tendrá que recubrir el acero con algún tipo de material incombustible después de montado el edificio.
En la decisión de si se debe usar concreto o acero para un puente, se deberán tomar en cuenta diversos factores, tales como el claro, las condiciones de la cimentación, las cargas, consideraciones arquitectónicas, etc. En general, el concreto es un material de excelente compresión y normalmente será preferido en puentes de claros cortos y en los casos en que se requiera una estructura rígida (como tal vez en puentes ferroviarios).
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