El hormigón armado, también conocido como concreto armado, es un material compuesto empleado en construcción, cuyos elementos principales son el hormigón y el acero, los cuales se combinan para crear un sistema estructural utilizado en la elaboración de diversas obras.
El hormigón armado es uno de los materiales más utilizados en la configuración de distintos inmuebles y estructuras. Su funcionamiento se basa en la colaboración entre el hormigón, que resiste principalmente los esfuerzos de compresión, y el acero, que absorbe los esfuerzos de tracción, cortante y, en determinadas situaciones, compresión.
Qué es el hormigón armado
El concreto armado cumple con la tarea de transmitir los esfuerzos de tracción a los que está sometida una estructura, además de resistir los esfuerzos de compresión.
El hormigón armado tiene acero embebido para que ambos materiales actúen conjuntamente al resistir las fuerzas. El acero de refuerzo, en forma de varillas, barras, fibras o mallas, absorbe los esfuerzos de tracción, cortante y, en ocasiones, compresión presentes en las estructuras de hormigón.
Esta disposición de los dos materiales -hormigón y hierro- se basa en que el hormigón resiste muy bien la compresión, mientras que su resistencia a la tracción es casi nula. Los refuerzos de acero en el hormigón armado otorgan ductilidad al hormigón, ya que es un material que puede quebrarse por su fragilidad.
Al combinar la resistencia a la tracción del acero con la resistencia a la compresión del hormigón, el hormigón armado ofrece un comportamiento estructural adecuado frente a cargas permanentes y variables, así como frente a viento, terremotos y vibraciones.
Materiales que componen el hormigón armado
El hormigón se obtiene mediante una mezcla de cemento, áridos y agua, con o sin aditivos, que al fraguar y endurecer adquiere resistencia.
- Cemento Portland o cualquier otro cemento hidráulico.
- Arena.
- Grava.
- Agua.
- Aditivos químicos, cuando sean necesarios.
- Varilla corrugada.
- Alambrón.
- Alambre recocido.
- Malla electrosoldada.
El hormigón puede presentar propiedades diferentes según la mezcla utilizada, que puede contener cemento, aditivos químicos y áridos. Estos ingredientes se mezclan con agua para crear el hormigón utilizado como material principal de construcción en los edificios.
Hormigón
El hormigón aporta principalmente la capacidad de resistir esfuerzos de compresión. Su composición y dosificación influyen en la resistencia, la densidad, la textura, la trabajabilidad, la elasticidad y la durabilidad del elemento construido.
Acero de refuerzo
El acero se incorpora para absorber los esfuerzos de tracción que el hormigón no puede resistir por sí solo. También puede participar en la resistencia frente a esfuerzos cortantes y, en determinadas condiciones, frente a esfuerzos de compresión.
El refuerzo puede presentarse como varillas, barras, fibras o mallas. La disposición, cantidad y geometría del acero deben definirse de acuerdo con el diseño estructural y las cargas previstas.
Cómo trabajan conjuntamente el hormigón y el acero
El hormigón y el acero actúan como un sistema estructural combinado. El hormigón protege y confina el acero, mientras que el acero proporciona ductilidad y capacidad resistente frente a la tracción.
Este comportamiento permite que los elementos de hormigón armado soporten esfuerzos que superarían la capacidad de un hormigón sin refuerzo. La colaboración entre ambos materiales resulta especialmente importante en vigas, losas, columnas, zapatas, muros y otros componentes estructurales.
El hormigón armado ofrece una resistencia combinada frente a la fuerza del viento, los terremotos y las vibraciones, gracias a la resistencia a la tracción del acero y a la resistencia a la compresión del hormigón.
Dosificación del hormigón armado
La dosificación del hormigón o concreto armado se refiere a las proporciones de material que deben usarse para elaborar la mezcla de concreto adecuada en distintos trabajos de construcción, con el objetivo de garantizar el desempeño óptimo del elemento en cuestión.
Las proporciones pueden expresarse tomando como referencia un bote de 19 litros. La cantidad señalada debe emplearse por cada bulto de cemento de 25 o 50 kilos, respectivamente.
Dosificación por cada bulto de cemento de 25 kilos
| Aplicación | Cemento | Arena | Grava | Agua | Resistencia kg/cm2 |
|---|---|---|---|---|---|
| Bases para firme | 1 | 1 1/2 | 3 3/4 | 4 1/4 | 100 |
| Castillos | 1 | 1 1/4 | 2 3/4 | 3 1/2 | 150 |
| Losas, trabes, zapatas y muros | 1 | 2 | 3 | 1 1/4 | 200 |
| Columnas y losas especiales | 3/4 | 1 | 3/4 | 2 3/4 | 250 |
| Concreto de alta resistencia | 1/2 | 1 | 1/4 | 2 | 330 |
Dosificación por cada bulto de cemento de 50 kilos
| Aplicación | Cemento | Arena | Grava | Agua | Resistencia kg/cm2 |
|---|---|---|---|---|---|
| Bases para firme | 1 | 3 | 7 | 1/2 | 100 |
| Castillos | 2 | 1/2 | 5 | 1/2 | 150 |
| Losas, trabes, zapatas y muros | 2 | 4 | 6 | 1/2 | 200 |
| Columnas y losas especiales | 1 3/4 | 3 | 1/2 | 5 | 250 |
| Concreto de alta resistencia | 1 1/4 | 2 | 1/2 | 5 | 330 |
La dosificación debe relacionarse siempre con el uso previsto del elemento y con la resistencia requerida. Las tablas presentan proporciones de referencia y resistencias asociadas a diferentes aplicaciones.
Clases de hormigón armado RC
Las designaciones RC identifican clases de hormigón armado asociadas con valores característicos de resistencia. En las denominaciones RC20/25, RC25/30, RC28/35, RC32/40 y RC40/50, el primer valor y el segundo valor corresponden a resistencias especificadas mediante el sistema de clasificación utilizado.
RC20/25
El hormigón armado RC20/25 incorpora acero embebido para que ambos materiales actúen conjuntamente al resistir fuerzas. El acero de refuerzo puede presentarse en forma de varillas, barras, fibras o mallas, y absorbe los esfuerzos de tracción, cortante y, en ocasiones, compresión.
RC25/30
El hormigón armado RC25/30 combina la resistencia a la tracción del acero con la resistencia a la compresión del hormigón. Esta combinación mejora el comportamiento de las estructuras frente al viento, los terremotos y las vibraciones.
RC28/35
En el hormigón armado RC28/35, el acero se embebe en el hormigón para que ambos materiales trabajen de forma conjunta. El refuerzo permite absorber esfuerzos de tracción y cortante, mientras que el hormigón aporta principalmente resistencia a la compresión.
RC32/40
El hormigón armado RC32/40 es un material compuesto en el que el acero de refuerzo y el hormigón colaboran para resistir las fuerzas aplicadas a la estructura.
RC40/50
El hormigón armado RC40/50 utiliza el mismo principio de colaboración entre materiales: el hormigón proporciona resistencia a la compresión y el acero aporta una elevada resistencia a la tracción, además de ductilidad al conjunto.
Propiedades físicas y mecánicas
Debido a su importancia en el levantamiento de distintas obras, el concreto armado presenta características vinculadas con sus propiedades, entre las que se encuentran la densidad, el peso, la resistencia y la textura.
Densidad
La densidad del concreto armado es una propiedad física que expresa la relación entre la masa y el volumen de este material. Se establece en kilogramos por metro cúbico (kg/m3), con base en el Sistema Internacional de Unidades.
El concreto armado de peso liviano tiene una densidad en sitio o peso unitario de entre 1,440 y 1,840 kg/m3. En contraste, el concreto armado de peso normal tiene una densidad que va de los 2,240 a los 2,400 kg/m3.
| Tipo de hormigón armado | Densidad |
|---|---|
| Peso liviano | Entre 1,440 y 1,840 kg/m3 |
| Peso normal | De 2,240 a 2,400 kg/m3 |
Estos datos posibilitan determinar la relación del área del terreno de los proyectos y las obras de construcción con el área total del lote del terreno.
Peso
El peso es una propiedad física cuyo valor se determina en kilogramos por metro cúbico. El peso del hormigón hecho con áridos normales es de 2,300 kg/m3, mientras que el peso del concreto armado alcanza los 2,400 kg/m3.
Conocer las propiedades de los productos adquiridos, entre los que se encuentra el peso de la varilla, es indispensable para llevar a cabo el correcto diseño de una construcción, así como para establecer los presupuestos y las especificaciones estructurales de un proyecto.
Resistencia
La resistencia contempla la fortaleza del hormigón y del acero. El hormigón tiene una resistencia a la compresión de 150 a 500 kg/cm2, mientras que el acero cuenta con una elevada resistencia a la tracción de 1000 a 1200 kg/cm2.
| Material | Tipo de resistencia | Valor |
|---|---|---|
| Hormigón | Compresión | 150 a 500 kg/cm2 |
| Acero | Tracción | 1000 a 1200 kg/cm2 |
La resistencia es importante para determinar la capacidad de soporte de las cargas de una construcción y para analizar cuestiones específicas como la tensión y la deformación. Estos elementos repercuten en la planificación de todo proyecto dentro de la industria de la construcción.
Textura y acabado
La textura del hormigón armado varía en función del acabado que se quiera dar. Puede ser lisa, rugosa o estriada, y también puede presentar líneas rectas, patrones o figuras de distintos tipos.
Cuando se busca una superficie lisa, la textura del hormigón pulido permite obtener una apariencia sobresaliente y brillante.
Tipos de hormigón y parámetros de especificación
La especificación del hormigón requiere describir el tipo de hormigón para identificarlo dentro del proyecto. Entre los datos más característicos se incluyen la resistencia, la consistencia, el tamaño máximo del árido, el ambiente de exposición y los recubrimientos que deben emplearse.
La consistencia puede evaluarse mediante el cono de Abrams. Este parámetro permite valorar la trabajabilidad del hormigón fresco y su facilidad de colocación.
El tamaño máximo del árido empleado en el hormigón es otro dato relevante, ya que influye en la puesta en obra, la distribución del material y la adecuación del hormigón a las dimensiones y al armado del elemento.
El ambiente de exposición influye en los recubrimientos que deben emplearse en el proyecto. El recubrimiento protege el acero y contribuye a la durabilidad del hormigón armado.
Los tipos de hormigón instalados en un sistema pueden consultarse junto con sus datos más característicos, incluidos los parámetros mecánicos y tecnológicos necesarios para definir su comportamiento.
Normas para la especificación del hormigón
BS 8500 y BS EN 206
BS 8500-1: Concrete - Complementary British Standard to BS EN 206 es el método de especificación del hormigón en el Reino Unido. Este estándar es importante para los responsables de especificar hormigón.
BS 8500-2:2023 Concrete - Complementary British Standard to BS EN 206 - Part 2: Specification for constituent materials and concrete complementa BS EN 206, Concrete - Specification, performance, production and conformity, y proporciona disposiciones nacionales del Reino Unido cuando BS EN 206 las exige o permite.
El 30 de noviembre de 2023 se actualizaron BS 8500-1:2023 y BS 8500-2:2023.
Esta parte de BS 8500 especifica varios requisitos básicos para el hormigón y sus materiales constituyentes, y establece requisitos específicos relacionados con los tipos de hormigón enumerados en BS 8500-1.
El estándar proporciona disposiciones nacionales del Reino Unido cuando BS EN 206 las exige o permite, y también cubre materiales, métodos de ensayo y procedimientos que están fuera del alcance de BS EN 206, pero forman parte de la experiencia nacional del Reino Unido.
Cementos con varios componentes
BS 8500:2023 incorpora el uso de cementos con varios componentes, codificados en BS EN 197-5:2021, Cement - Portland-composite cement CEM II/C-M and Composite cement CEM VI.
Esto permite reducir la proporción de cemento Portland utilizada para un volumen determinado y, por tanto, reducir el carbono incorporado en el hormigón producido.
La producción de cemento emite dióxido de carbono debido al combustible utilizado para calentar las materias primas y a las emisiones de proceso procedentes de la calcinación del carbonato de calcio. La mayor proporción del carbono incorporado en el hormigón es atribuible al cemento.
Desde la década de 1980, la experiencia del Reino Unido en el uso de materiales cementantes suplementarios ha consistido en combinar cemento Portland CEM I con cenizas volantes o escoria granulada de alto horno molida.
BS EN 197-1:2011 introdujo el concepto de cementos con varios componentes, CEM II/A-M y CEM II/B-M, que permiten combinar más de una adición con CEM I.
La adopción generalizada de estos cementos se había visto limitada porque las tasas de sustitución estaban limitadas al 20% y al 35%, respectivamente.
La publicación de EN 197-5:2021 introdujo dos cementos nuevos: CEM II/C-M y CEM VI.
Combinaciones ternarias y categorías de desempeño
Los estudios encargados por la Mineral Products Association encontraron que la inclusión de finos de caliza en un sistema ternario de CEM I y GGBS mejoraba la eficiencia del material, demostrando que los finos de caliza podían utilizarse como sustitución tanto de la fracción de CEM I como de la fracción de GGBS de la mezcla.
BS 8500:2023 también ha considerado el comportamiento frente a la durabilidad de combinaciones ternarias formadas por diferentes proporciones de CEM I, GGBS y finos de caliza, así como de CEM I, cenizas volantes y finos de caliza.
Estos cementos y sus combinaciones equivalentes se han categorizado según su resistencia relativa al coeficiente de difusión de cloruros, de 1 a 4, y su resistencia a los sulfatos, de A a G.
Esta agrupación, denominada Combined Performance Category, simplifica la especificación de una gama más amplia de cementos.
Durabilidad y reducción del carbono incorporado
BS 8500:2015+A2:2019 utiliza el concepto de valores límite para garantizar la durabilidad del hormigón.
Estos valores límite reducen las oportunidades de disminuir el contenido total de cemento. La norma actualizada incluye una gama mucho más amplia de mezclas con menor emisión de carbono y podría reducir la huella de carbono anual del Reino Unido en 1 millón de toneladas.
Ensayos y control de calidad
Las normas de ASTM sobre cemento y hormigón son fundamentales para la evaluación y el ensayo del hormigón, el cemento y los áridos.
Estas normas permiten que los laboratorios de todo el mundo ensayen y evalúen las mezclas de hormigón para comprobar su resistencia y seguridad.
También ayudan a identificar distintas propiedades del hormigón, entre ellas la resistencia, la elasticidad, la dureza y la trabajabilidad.
Normas ASTM relacionadas
- C117-23: Standard Test Method for Materials Finer than 75-μm (No.
- C184-94e1: Standard Test Method for Fineness of Hydraulic Cement by the 150-µm (No. 100) and 75-µm (No.
- C786/C786M-25: Standard Test Method for Fineness of Hydraulic Cement and Raw Materials by the 300-μm (No. 50), 150-μm (No. 100), and 75-µm (No.
- C1891-25: Standard Test Method for Fineness of Hydraulic Cement by Air Jet Sieving at 45-µm (No.
- C430-26: Standard Test Method for Fineness of Hydraulic Cement by the 45-μm (No.
- C954-22: Standard Specification for Steel Drill Screws for the Application of Gypsum Panel Products or Metal Plaster Bases to Steel Studs from 0.033 in. (0.84 mm) to 0.112 in.
El control de calidad debe considerar tanto los materiales constituyentes como la mezcla fresca y el hormigón endurecido. La comprobación de la resistencia, la trabajabilidad, la finura del cemento y otras propiedades permite verificar que el material cumple las especificaciones previstas.
Aplicaciones habituales
El hormigón armado se utiliza en una amplia variedad de elementos estructurales y obras de construcción.
- Bases para firme.
- Castillos.
- Losas.
- Trabes.
- Zapatas.
- Muros.
- Columnas.
- Losas especiales.
- Vigas de hormigón armado.
La elección de la clase de hormigón, la dosificación, el tipo de acero, el tamaño máximo del árido, la consistencia y el recubrimiento depende de las exigencias estructurales y del ambiente de exposición.
Proceso Constructivo: Losa en una dirección
Información que debe contener un data sheet
Un data sheet de hormigón armado debe reunir la información necesaria para identificar el material, definir sus propiedades y comprobar su adecuación al proyecto.
- Tipo de hormigón.
- Clase de resistencia.
- Resistencia a la compresión.
- Resistencia del acero a la tracción.
- Densidad o peso unitario.
- Dosificación de cemento, arena, grava y agua.
- Tipo y cantidad de aditivos.
- Consistencia medida mediante el cono de Abrams.
- Tamaño máximo del árido.
- Ambiente de exposición.
- Recubrimiento del acero.
- Tipo, diámetro y disposición del refuerzo.
- Procedimientos de ensayo y control de conformidad.
- Normas aplicables.
La información del data sheet permite identificar el hormigón dentro del proyecto, comparar clases y verificar que las propiedades mecánicas y físicas se ajustan a las condiciones de diseño.
Importancia del data sheet en el diseño y la ejecución
Conocer las propiedades de los materiales es indispensable para realizar correctamente el diseño de una construcción, establecer presupuestos y definir las especificaciones estructurales de un proyecto.
La densidad y el peso permiten estimar las cargas permanentes. La resistencia a la compresión del hormigón y la resistencia a la tracción del acero permiten valorar la capacidad resistente. La consistencia, el tamaño máximo del árido y la trabajabilidad influyen en la colocación y compactación.
El ambiente de exposición y el recubrimiento se relacionan con la durabilidad y la protección del acero. La dosificación y los ensayos permiten verificar que la mezcla producida corresponde a las exigencias especificadas.