Estructuras de hormigón
El hormigón es una mezcla de cemento, arena, piedras pequeñas (áridos) y agua. Al principio es una pasta espesa y luego se endurece como una piedra.
Hay dos tipos de empuje importantes. La compresión es un apretón. La tracción es un estirón. El hormigón aguanta muy bien la compresión, pero mal la tracción: soporta solo una décima parte de estirón respecto al apretón.
Por eso el hormigón simple (sin acero) se usa donde la carga sobre todo aprieta: cimientos, muros gruesos, presas de gravedad, revestimientos de canales, losas de caminos agrícolas sobre suelo firme y pequeñas presas de contención.
El hormigón simple se agrieta si se dobla. Por eso lo hacemos grueso y corto, nunca como una viga larga y delgada.
Estructuras de hormigón armado (RCC)
Cuando una viga se dobla, su cara inferior se estira y la superior se aprieta. Ponemos barras de acero (armaduras) cerca de la cara estirada. El acero es fuerte a la tracción. El hormigón sujeta las barras, comparte el apretón y protege el acero del óxido.
¿Por qué funciona? El hormigón se agarra a la barra, y ambos se dilatan y se contraen casi igual con el calor o el frío. Así actúan como un solo cuerpo.
Las barras necesitan una capa de hormigón alrededor, llamada recubrimiento. El recubrimiento impide que entren agua y aire, y así las barras no se oxidan. Un recubrimiento habitual es de 2 a 5 cm, y más en los depósitos de agua.
En el campo, el RCC se usa en depósitos de agua, silos, puentes, alcantarillas, compuertas de canal, saltos de agua, suelos de establos y edificios de vigas y losas.
Estructuras de acero
Una estructura de acero se construye con piezas de acero laminado, como ángulos, perfiles en U y vigas en I, unidas con tornillos, remaches o soldaduras. El acero es fuerte tanto al apretar como al estirar.
Ventajas: es fuerte para su peso, se monta rápido, cubre grandes distancias y las piezas viejas se pueden reutilizar. Desventajas: se oxida si no se pinta o galvaniza, pierde resistencia en un incendio fuerte y las piezas largas y delgadas pueden pandear (doblarse hacia un lado) cuando se aprietan.
Una cercha une barras formando triángulos. Un triángulo no puede cambiar de forma, así que el marco se mantiene rígido. Usos en el campo: marcos de invernaderos y establos, silos de grano, torres de depósitos de agua, soportes de tuberías de riego y portones.
Cómo elegir entre los tres
- Sobre todo apretón, pesado y de larga vida: hormigón simple.
- Flexión, presión del agua, fuerte y duradero, que no se moverá después: RCC.
- Vano largo, poco peso, obra rápida, que quizá se mueva o se amplíe: acero.
Piensa también en el coste, los materiales de la zona, el suelo de debajo y cuánto tiempo debe durar.
Pruébalo: la prueba de la galleta
Toma una galleta seca. Apriétala plana entre las palmas: cuesta aplastarla. Ahora sujeta los dos extremos y dóblala: se rompe con una flexión pequeña. Una galleta es como el hormigón: bien al apretar, débil al doblar. Ahora seca una placa de arcilla con un palito delgado pegado en su cara inferior y dóblala: aguanta más. El palito hace el papel de las barras de acero.
Fórmulas y definiciones clave
- Compresión = apretar; Tracción = estirar
- Hormigón simple: fuerte en compresión, débil en tracción
- RCC = hormigón + barras de acero en la zona estirada
- Recubrimiento = capa de hormigón alrededor de la barra (la protege del óxido)
- Acero: fuerte en ambas; ligero para su resistencia; se oxida y pandea
Ejemplos resueltos
1. Una losa de camino agrícola está sobre suelo firme y solo soporta un vehículo que presiona hacia abajo. ¿Hormigón simple o RCC?
El suelo sostiene la losa en toda su longitud, así que casi no se dobla. Para tráfico ligero basta hormigón simple. Se puede añadir una malla de acero para controlar las grietas.
2. Un puente sobre un canal es una viga apoyada en dos muros. ¿Qué cara de la viga se estira y dónde van las barras?
Una viga apoyada en dos soportes se dobla hacia abajo. La parte inferior se estira. Por eso las barras principales van cerca de la parte inferior.
3. Un voladizo (viga fija en un extremo y libre en el otro) lleva una carga. ¿Dónde van las barras principales?
Un voladizo se dobla de modo que la parte superior se estira. Por eso las barras principales van cerca de la parte superior, junto al extremo fijo.
4. Un agricultor quiere un cobertizo de 12 m de ancho sin pilares por dentro y construido rápido. ¿Qué estructura elige?
Un marco de cercha de acero. Es ligero, cubre un vano largo y se monta rápido.
5. Una viga mide 300 mm de ancho y necesita 40 mm de recubrimiento en cada lado. ¿Cuánto mide el espacio entre los recubrimientos?
300 - 40 - 40 = 220 mm.
6. El hormigón simple soporta 3 N por mm2 de estirón antes de agrietarse. La parte inferior de una viga se estira con 5 N por mm2. ¿Se agrietará? ¿Qué lo soluciona?
5 es mayor que 3, así que se agrietará. Las barras de acero absorben el estirón, y así el hormigón ya no tiene que hacerlo.
Errores comunes
- Pensar que el hormigón es fuerte en todo. Solo es fuerte al apretar.
- Poner las barras en el medio o en la parte superior de una viga simplemente apoyada. Deben ir cerca de la parte inferior, que se estira.
- Dejar muy poco recubrimiento, de modo que el acero se oxida y el hormigón revienta.
- Creer que el acero nunca falla. El acero delgado pandea, se oxida y pierde resistencia con el fuego.