Diseño de hormigón armado — conceptos básicos

El diseño de hormigón armado consiste en decidir el tamaño de un elemento de hormigón y la colocación de sus barras de acero para que pueda soportar cargas con seguridad. La idea básica es simple: el hormigón se usa principalmente donde actúa la compresión, y la armadura de acero se añade donde se espera tracción.

Eso no significa que exista una fórmula universal del hormigón armado. Las comprobaciones exactas dependen del elemento, de la carga y de la normativa de diseño. Lo que se mantiene constante es el patrón de fuerzas dentro de la sección.

Qué hace realmente el diseño de hormigón armado

El hormigón se usa normalmente donde la sección está a compresión, mientras que la armadura de acero se coloca donde se espera tracción. Por eso el hormigón armado es tan común en vigas, losas, muros, columnas y cimentaciones.

En flexión, un lado del elemento tiende a acortarse y el otro a alargarse. El hormigón puede aportar mucho en la zona de compresión, pero la zona de tracción es donde la armadura se vuelve crítica. Una vez que el hormigón de la zona traccionada fisura, las barras de acero soportan la mayor parte de esa fuerza de tracción.

Por qué el hormigón y el acero trabajan juntos

Una sección de hormigón armado resiste la flexión desarrollando un par interno. En una imagen simplificada de flexión, el hormigón aporta una fuerza de compresión $C$ y el acero aporta una fuerza de tracción $T$, separadas por un brazo de palanca $z$.

Bajo esa imagen simplificada,

$$C \approx T$$

y el momento resistente es

$$M \approx Tz$$

Esto es una herramienta de intuición, no un método de diseño completo. El diseño real también comprueba límites de deformación, cortante, detallado, control de fisuración, flecha y coeficientes de seguridad específicos de la normativa.

Ejemplo resuelto: una viga simplemente apoyada

Toma una viga simplemente apoyada que soporta una carga vertical descendente de forjado. Cerca del centro del vano, la viga se flecta hacia abajo. En esa condición, la parte superior de la viga está principalmente a compresión y la parte inferior está principalmente a tracción.

Eso te indica dónde debe colocarse la armadura longitudinal principal: cerca de la cara inferior. El hormigón de la parte superior ayuda a resistir la compresión, mientras que las barras inferiores se colocan para soportar la tracción después de que el hormigón de la zona traccionada fisure.

La viga sigue necesitando algo más que barras inferiores. Cerca de los apoyos, el cortante puede ser importante, así que se añaden estribos u otra armadura de cortante para ayudar a resistir la fisuración diagonal y mantener las barras principales en su sitio. También se necesita recubrimiento de hormigón para proteger el acero y favorecer la durabilidad.

Este caso simple muestra la lógica del diseño en el orden correcto:

• leer la carga y la condición de apoyo
• localizar las zonas de compresión y de tracción
• colocar la armadura principal donde se espera tracción
• añadir el detallado para cortante, anclaje, separación y recubrimiento

Si cambia la condición de apoyo, la respuesta también puede cambiar. Por ejemplo, un voladizo con carga descendente tiene tracción cerca de la cara superior, así que las barras principales deben desplazarse en consecuencia.

Errores comunes en el diseño de hormigón armado

• Tratar el hormigón armado como si fuera solo un problema de resistencia. Un elemento puede parecer suficientemente resistente y aun así comportarse mal si se ignoran el control de fisuración, la flecha, el recubrimiento o el anclaje.
• Suponer que el acero siempre va abajo. Eso es habitual en vigas simplemente apoyadas bajo carga gravitatoria, pero no es una regla general.
• Ignorar el cortante porque la flexión es más fácil de visualizar. En muchas vigas, el cortante controla detalles importantes cerca de los apoyos y de las cargas concentradas.
• Usar una sola fórmula para cualquier elemento y cualquier normativa. Vigas, losas, columnas y zapatas no se comprueban exactamente del mismo modo.

Dónde se usa el diseño de hormigón armado

El diseño de hormigón armado se usa en losas de forjado, pórticos de edificios, muros de contención, columnas, zapatas, depósitos de agua, estructuras de aparcamiento y puentes. En cada caso aparece la misma pregunta básica: ¿dónde actuará la compresión, dónde actuará la tracción y cómo deben disponerse el hormigón y el acero para resistir ambas con seguridad?

Si tienes clara esa pregunta, las comprobaciones posteriores de la normativa tienen mucho más sentido.

Prueba un caso parecido

Toma el mismo esquema de viga y cambia solo una condición, por ejemplo convertir un vano simplemente apoyado en un voladizo. Primero predice hacia dónde se desplaza la zona de tracción y luego decide cómo debe desplazarse con ella la armadura principal. Si quieres explorar otro caso paso a paso, prueba tu propia versión en GPAI Solver.