El fierro de construcción -acero de refuerzo para hormigón armado- es el elemento que confiere ductilidad y resistencia a la tracción a las estructuras en Chile.
La ferralla es un elemento esencial en la construcción de estructuras de hormigón armado, proporcionando resistencia a la tracción y asegurando la estabilidad de vigas, pilares, losas, zunchos y cimentaciones.
Función del fierro en los pilares de albañilería reforzada
En una construcción de albañilería reforzada, los elementos estructurales deben resistir todas las potenciales cargas que afecten la construcción.
El sistema incorpora refuerzos verticales y estribos como refuerzos horizontales, empotrados en los cimientos o en los pilares de la construcción, respectivamente.
La función del refuerzo es proveer ductilidad a un muro portante.
Cada columna de concreto está conectada a la cimentación en su nivel más bajo y, a medida que va subiendo, en cada piso se dejan anclajes para darle la continuidad necesaria en toda la altura.
Por ejemplo, para una columna con un cimiento aislado sometida a carga axial y momento, el efecto del momento se transmite de la columna al cimiento y de este al suelo.
Aunque las columnas de concreto armado suelen asociarse principalmente con esfuerzos de compresión, en la práctica también están sometidas a momentos flectores.
Esto ocurre por efecto de cargas laterales como el viento, la distribución de cargas vivas y otras acciones que generan flexión.
Qué significa la cuantía de acero
La cuantía de acero representa la proporción entre el área de las barras longitudinales y el área de la sección de concreto del pilar.
Una forma sencilla de interpretar el origen de la cuantía mínima del 1% establecida por el ACI 318 consiste en analizar el refuerzo necesario en las zonas traccionadas de una columna sometida a flexión en dos direcciones.
Cada zona traccionada requerirá de un mínimo de refuerzo a flexión.
Como puede apreciarse, la cuantía mínima debe ir aumentando a medida que la calidad del concreto sobrepasa de 4440 psi.
Si la calidad del acero fuese mayor que fy = 60000 psi, la cantidad de refuerzo necesario para compensar el volumen de tracciones disminuiría; por tanto, la cuantía mínima sería menor del 1%.
Debido a que este refuerzo no es de uso común, no vale la pena establecer un mínimo diferente, por lo cual se mantiene el valor de 1%.
Distribución de las barras longitudinales
Cuando el refuerzo mínimo se distribuye en la sección de la columna, cada cara de la columna debe tener la misma cantidad de barras de un mismo diámetro.
Esto trae como consecuencia que deben utilizarse 4, 8, 12 o más barras, según la sección, las solicitaciones y el criterio de diseño adoptado.
La distribución del acero no debe evaluarse únicamente por el área total de barras. También es necesario verificar cómo queda repartido el refuerzo en las caras del pilar y en las direcciones principales de flexión.
En algunos casos, la distribución de las barras mínimas debe ser modificada.
Una disposición aparentemente suficiente por área total puede no cumplir con el mínimo requerido en flexión en una de las direcciones.
Por último, si la columna requiere mayor cantidad de refuerzo que el mínimo, se pueden redistribuir las barras de acuerdo con el trabajo de la columna, pero siempre teniendo en cuenta que en los lados de menor cantidad de barras se debe cumplir con el refuerzo mínimo en flexión.
En el caso común de una sección de 8 in x 30 in, el cálculo puede considerar la sección total en lugar de la sección efectiva para calcular la cuantía a flexión.
Esta simplificación permite exponer el criterio sin complicar innecesariamente el cálculo, aunque el diseño definitivo debe realizarse con la sección y las condiciones estructurales que correspondan.
Acero recomendado para pilares
Se empleará exclusivamente acero de alta adherencia calidad A630-560H, con tensión de fluencia mínima Fy = 420 MPa / 4.200 kg/cm², de procedencia certificada, como AZA o CAP Acero.
El fierro de construcción es utilizado en el 98% de las estructuras de hormigón armado en Chile, incluyendo zapatas, vigas de fundación, columnas, muros de corte, losas y vigas.
Las barras con resaltes proporcionan una mayor adherencia con el hormigón y son las utilizadas habitualmente en elementos estructurales.
El acero de mayor ductilidad puede presentar una menor capacidad resistente, por lo que la selección del material debe corresponder a las especificaciones del proyecto estructural.
El acero estándar A630-560H tiene un contenido de carbono equivalente que requiere procedimientos especiales de precalentamiento para ser soldado sin fragilizarse.
Estribos y confinamiento del pilar
Los estribos funcionan como refuerzos horizontales y son indispensables para mantener la posición de las barras longitudinales y confinar el núcleo de hormigón.
Durante un sismo severo, el hormigón del recubrimiento exterior suele desprenderse, produciendo descascaramiento.
Si el estribo remata a 90°, el gancho se abre inmediatamente, perdiendo el confinamiento del núcleo y provocando el pandeo de las barras longitudinales y el colapso del pilar.
Por esta razón, el detalle de los ganchos, el diámetro de los estribos, su separación y su continuidad deben quedar definidos en el proyecto estructural.
Los refuerzos verticales y los estribos no cumplen la misma función: las barras longitudinales colaboran principalmente frente a la compresión y la flexión, mientras que los estribos confinan el hormigón y mantienen estable la armadura longitudinal.
Cómo calcular la cantidad de fierro
El cálculo de fierro es uno de los pasos más importantes antes de iniciar una obra y uno de los más ignorados.
El resultado siempre es el mismo: o sobra material que quedó pagado y sin usar, o falta en el momento menos oportuno y se detiene el avance.
Calcular bien la cantidad de acero que necesitas no requiere ser ingeniero, pero sí seguir una lógica ordenada.
La forma correcta de calcular es partir desde el plano de enfierradura, que es el documento que el ingeniero calculista entrega con el proyecto estructural.
Este plano especifica el tipo de barra, el diámetro, la separación y la longitud de cada elemento.
Si tienes ese plano, el cálculo es mecánico.
El acero tiene una densidad constante, lo que permite calcular el peso de cualquier barra conociendo solo su diámetro.
El peso por metro lineal de una barra de acero se calcula con la fórmula:
Peso (kg/m) = diámetro² × 0,00617
| Elemento | Dato |
|---|---|
| Barra de acero | Peso (kg/m) = diámetro² × 0,00617 |
| Barra de ø10 mm | 0.617 kg/m |
| Barra de ø10 mm de 6 metros | 3.70 kg |
| Traslapo general | 40 veces el diámetro de la barra |
Una barra de ø10 mm tiene un peso nominal de 0.617 kg/m, por lo que la tira de 6 metros pesa exactamente 3.70 kg.
Longitudes, cortes y traslapos
El fierro en barra se vende por kilo o por barra de 12 metros.
Si compras de más, pagas por material que no vas a usar.
Si compras de menos, tienes que hacer un segundo pedido que puede demorar, interrumpir el avance de la obra y, en algunos casos, afectar la continuidad del hormigonado.
Cuando una barra de 12 metros no es suficiente para cubrir la longitud de un elemento, se empalman dos barras superponiéndolas una longitud mínima llamada traslapo.
El traslapo es la longitud de empalme entre dos barras contiguas para asegurar la continuidad del refuerzo.
Según la norma NCh 430, el traslapo mínimo es generalmente 40 veces el diámetro de la barra.
Siempre hay pérdidas de material debido a cortes, ajustes y solapes.
Por eso, la cuantificación de compra debe considerar las longitudes especificadas en los planos, los cortes posibles, los empalmes y las pérdidas de material.
Separación entre barras
La separación entre barras determina cuántas necesitas por metro lineal o por metro cuadrado.
Si el plano indica barras cada 20 cm, en un metro lineal entran 5 barras.
En pilares, la separación y disposición de los estribos deben revisarse junto con el diámetro de las barras longitudinales, el recubrimiento y las dimensiones de la sección.
Para pilares y vigas, lo habitual es utilizar Ø16 mm o más, aunque el diámetro real depende del diseño estructural y de las solicitaciones del elemento.
Puede haber problemas de resistencia estructural si se modifica el diámetro, la cantidad, la separación o la distribución de las barras sin recalcular el elemento.
Influencia de la geometría y de los niveles escalonados
Las plantas pueden ser escalonadas: cada planta tiene 4 niveles con un salto de 1.10 m entre ellas.
Por lo tanto, hay tramos de los pilares que solo tienen 1.10 m, con 75 cm libres, que tal vez tengan mayores momentos debido a su rigidez.
Como no hay sismo y con esa altura el viento no es importante, no parece un gran problema, pero sí puede implicar armar algo más los pilares.
Los pilares tienen momentos importantes y sí varían los armados al aumentar la escuadría.
Los pilares están muy condicionados por la distribución de las viviendas y los garajes, por lo que difícilmente se pueden hacer movimientos menores de 1 m.
Algunos pilares pueden presentar una armadura importante por no querer aumentar la escuadría en las viviendas.
Otra prueba puede ser apantallar los pilares en la dirección que menos afecte en el sótano.
Es posible apantallar los pilares en algunos casos, pero no en todos.
Aumentar la sección del pilar, modificar su geometría o cambiar la disposición estructural puede aliviar las solicitaciones, pero cada alternativa debe comprobarse mediante el cálculo correspondiente.
Continuidad y simetría del armado
Puede existir la opción de armado de pilares en continuidad.
También es posible desactivar los criterios de continuidad y rearmar los pilares para comparar los resultados.
Los armados simétricos en pilares no siempre se utilizan, pero pueden ser una alternativa conveniente en determinados casos.
Se puede rearmar pilares activando la opción «criterios de simetría» con un valor del 50% para hacer una comparación.
Las tablas de armado se van perfeccionando con el tiempo.
En pilares se pueden hacer modificaciones en las tablas de armado; una modificación fundamental puede ser eliminar los redondos de 25.
Yo también lo hice con losas, con vigas, con negativos de forjado y también con pilares.
Lo que ocurre es que es un trabajo paulatino.
Alternativas para reducir las solicitaciones
El cambio del sistema de losa puede modificar el peso propio de la estructura y aliviar los pilares.
Una alternativa es cambiar el forjado a alveoplacas: puede resultar de menor canto y reducir el peso propio.
También se ha considerado el uso de forjados de bovedillas de poliestireno.
Las cuantías totales de acero de la obra se reducían, pero el ahorro en acero no compensaba el mayor precio de la bovedilla de poliestireno.
Ante las dudas de la promotora, se optó por poner bovedillas de hormigón, al menos en esa obra.
Estas alternativas no sustituyen el cálculo estructural, ya que cambiar el tipo de forjado modifica las cargas, la rigidez, las deformaciones y la respuesta de pilares y cimentaciones.
Herramientas para el cálculo y detallado
Hoy en día existen programas y software de cálculo estructural que facilitan este proceso, asegurando mayor precisión y reduciendo el margen de error.
Herramientas como CYPECAD, AutoCAD Structural Detailing, Tekla Structures o Revit permiten diseñar y calcular la ferralla de manera eficiente.
Hace unos días se probó hacer una copia de la obra en CYPECAD con forjados de bovedillas de poliestireno.
El uso de programas permite comparar cuantías totales, alternativas de armado, continuidad, simetría y cambios de sección.
Sin embargo, el resultado del software debe interpretarse dentro de las condiciones reales de la obra, las limitaciones geométricas, las cargas y la normativa aplicable.
Compra y control del material
La compra debe realizarse a partir de los diámetros y cantidades definidos en el cálculo estructural.
Barraca B&M tiene stock de fierro en barra liso y nervado en distintos diámetros en sus sucursales de Concón y La Calera.
El fierro en barra se comercializa por kilo o por barra de 12 metros, por lo que es importante convertir correctamente la longitud total calculada en peso y unidades de compra.
La Malla C92 está compuesta por alambre de 4.2 mm con cuadrícula de 150 × 150 mm y un peso de 1.45 kg/m².
La Malla C92 es ideal para radieres residenciales y veredas peatonales.
Para losas de baja carga como radieres residenciales, la malla electrosoldada es una alternativa válida que simplifica enormemente la instalación: llega lista para colocar, sin necesidad de cortar ni amarrar barra por barra.
La malla electrosoldada se entrega en formatos estándar.
Para losas con cargas importantes o con geometrías irregulares, el fierro en barra con diámetros y separaciones específicas suele ser la solución que el cálculo estructural define.
Como referencia general, una losa residencial simple consume entre 8 y 12 kg de acero por m².
Este valor varía según el espesor de la losa, las cargas del proyecto y lo que indique el cálculo estructural.
Estos valores son solo referencias.
El consumo real depende del diseño estructural, las cargas y la norma aplicable.
Revisión antes de hormigonar
- Verificar el diámetro y la calidad del acero especificado.
- Comprobar la cantidad de barras longitudinales.
- Revisar la distribución de las barras en cada cara del pilar.
- Confirmar la separación, el diámetro y el cierre de los estribos.
- Comprobar los anclajes en la cimentación y la continuidad entre niveles.
- Revisar los traslapos y las longitudes de empalme.
- Controlar el recubrimiento de hormigón.
- Considerar los cambios de sección y los tramos cortos producidos por plantas escalonadas.
- Verificar que cualquier cambio de forjado o geometría haya sido incorporado al cálculo.
La cuantía final de fierro de los pilares de albañilería reforzada no debe definirse únicamente mediante una regla general, porque depende de la sección, la altura libre, las cargas, los momentos flectores, la distribución de las barras, el confinamiento, la continuidad, los anclajes y la norma aplicable.
¿Ya tienes tu cálculo de fierro listo?
ESTRIBOS EN UNA COLUMNA
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