guia sobre el concreto armado

1. FACULTAD DE ARQUITECTURA
Y URBANISMO
ESCUELA PROFESIONAL DE ARQUITECTURA
Universidad Nacional
Federico Villarreal
Profesionales formando
profesionales
CURSO: DISEÑO ESTRUCTURAL II
Profesor: MANUEL ANTONIO MONTES DE OCA ESCUDERO
Arquitecto C.A.P. 2778
“No basta estudiar todas las teorías de resistencia y los métodos de
cálculo. Es necesario absorber todos los detalles y experimentos hasta
que se vuelva completamente familiar en una forma natural e intuitiva
con todos los fenómenos del esfuerzo y la deformación.”
EDUARDO TORROJA
01 EL CONCRETO ARMADO
◄ TORRE BURJ KHALIFA - Dubai – Emiratos Árabes Unidos

2. EL CONCRETO ARMADO
01 INTRODUCCIÓN
El concreto es un conglomerado pétreo artificial que se prepara mezclando una pasta de
cemento y agua con arena y piedra triturada, grava u otro material inerte. El cemento
constituye la sustancia conglomerante, la cual se activa químicamente con el agua y, al
endurecerse, liga a los agregados para formar una masa sólida, semejante a la piedra.
El concreto simple es un tipo de concreto sin refuerzo. Es resistente a la compresión; pero,
es débil para soportar la tracción, lo que limita su aplicabilidad como material estructural.
El concreto armado o concreto reforzado es un material
mixto que resulta de combinar el concreto simple con un
refuerzo de acero. Este refuerzo de acero resiste los
esfuerzos de tracción, de modo que la combinación de ambos
materiales permite soportar la compresión y la tracción.
El refuerzo de acero se emplea forma de barras, las cuales se
colocan en las zonas donde se prevé que se desarrollarán
tracciones bajo las acciones de las cargas de servicio. El
acero restringe la aparición de fisuras y grietas originadas por
la poca resistencia a la tracción del concreto.
Asimismo, se emplea el acero para reforzar aquellas zonas de compresión que requieren
incrementar su resistencia, para reducir las deformaciones debidas a cargas de larga duración
y para proporcionar confinamiento lateral al elemento de concreto, lo que indirectamente
aumenta su resistencia a la compresión.
El concreto pretensado y el concreto postensado son variantes del concreto reforzado en
la que se crea un estado de esfuerzos de compresión, a través del estiramiento de tendones
(cables de acero), antes o después de ser colado el concreto que dará forma al elemento
estructural. Cuando los tendones regresan al estado de relajación, la fuerza que se opone a la
deformación del acero, comprime al concreto para contrarrestar a las fuerzas producidas por
cargas gravitacionales que actúan sobre el elemento, mejorando su rigidez y su resistencia.

3. EL CONCRETO ARMADO
02 EL CONCRETO
El concreto es un material conglomerado, semejante a la piedra, que resulta de mezclar el
cemento con los agregados inertes (grava y arena) y agua. El concreto se fabrica en estado
plástico y se vierte en moldes de madera o metal (encofrados). Al cabo de cierto tiempo, el
concreto se endurece hasta autosoportarse, adoptando la forma y dimensiones de los moldes.
Los elementos que componen el concreto se dividen en dos grupos: activos e inertes.
Son elementos activos son el agua y el cemento, cuya mezcla, llamada “lechada”, genera
una reacción química que le permite endurecer (fraguar) y alcanzar un estado de gran solidez.
Los elementos inertes (agregados) son la grava y la arena, cuya función es formar la masa
del concreto, ocupando gran parte del volumen del producto final. Ello permite abaratar los
costos y disminuir los efectos que la reacción química produce en el fraguado: incremento de
la temperatura y la contracción de la mezcla, al endurecerse.
Eventualmente, se agregan ciertos aditivos para modificar las propiedades del concreto.
El concreto está compuesto por:
 Cemento: Material conglomerante.
 Arena y Grava: Como agregados.
 Agua: Agente de hidratación y vehículo de ligación.
 Aditivos: Componentes adicionales que otorgan
cualidades especiales.
El silicato tricálcico, inmerso en el cemento, reacciona
con el agua, mediante un proceso de hidratación,
liberando calcio, iones de hidróxido y calor.
El calor mantiene la reacción hasta que la mezcla se
satura de iones. A partir de ese momento, el hidróxido
de calcio se empieza a cristalizar, formando una
estructura rígida.
¿Por qué endurece el cemento?

4. EL CONCRETO ARMADO
Cemento Arena Grava Agua
CONCRETO
Reacciona
químicamente
con el agua ,
formando una
pasta que
engloba y liga
a los
agregados .
Llena los
vacíos que la
grava no
puede llenar ,
confiriendo
mayor
densidad al
concreto .
Forma la masa
estructural del
concreto ,
otorgándole
solidez ,
resistencia y
dureza .
Activa al
cemento y
distribuye los
granos de
éste y de la
arena en toda
la masa del
concreto .
mezcla de

5. EL CONCRETO ARMADO
03 LOS COMPONENTES DEL CONCRETO
a. Cemento Portland:
El cemento portland es un conglomerante hidráulico artificial,
de aspecto pulverulento de color gris, de fraguado lento y gran
valor como material estructural. Al mezclarse con agua, se
hidrata y convierte en una pasta moldeable y con propiedades
adherentes que, en pocas horas, fragua y se endurece,
tornándose en un material de consistencia pétrea.
Se obtiene de la pulverización muy fina de clinkers derivados
de la calcinación, a punto de fusión incipiente, de una mezcla
homogénea de materiales calcáreos y arcillosos.
Almacenamiento del Cemento:
Los cementos a granel se almacenan en silos estancos que los preserve de la humedad
y no permitan su contaminación.
Los cementos embolsados se almacenan en locales cubiertos y
ventilados, protegidos de la lluvia y del sol.
Un almacenamiento prolongado puede causar
la hidratación de las partículas más finas, por
meteorización, menguando el valor hidráulico,
retrasando el fraguado y disminuyendo la
resistencia del concreto.
Las bolsas de
cemento se apilan
sobre parihuelas
de madera para
preservarlas de la
humedad del piso.

6. Tipos de Cemento Portland: según su composición química y características físicas:
 Tipo I – Cemento Portland Normal: Es el cemento destinado a usos generales de
edificación (estructuras, pavimentos, bloques, tubos). Libera más calor de hidratación que
otros cementos.
 Tipo II – Moderada Resistencia a los Sulfatos: Tiene un reducido contenido (8%) de
aluminato tricálcico, lo que restringe la expansión, el descascaramiento y el agrietamiento
del concreto por acción de los sulfatos contenidos en el agua o en el terreno. Se emplea
en obras hidráulicas y en elementos expuestos a suelos húmedos.
 Tipo III – Alta Resistencia Inicial: Posee un mayor contenido de silicato tricálcico; ello
permite un fraguado rápido y de mayor resistencia. Se emplea en muros de contención,
obras hidráulicas y cuando se requiera desencofrar y cargar prontamente la estructura.
 Tipo IV – Bajo Calor de Hidratación: Es un cemento que, al fraguar, libera poco calor
de hidratación y endurece lentamente. Se obtiene alterando los componentes químicos
del cemento portland normal. Se emplea par evitar dilataciones durante el fraguado.
 Tipo V – Alta Resistencia a los Sulfatos: Se fabrica mediante la molienda conjunta de
clínker y yeso. Su bajísimo contenido de aluminato tricálcico (menos del 5%), le permite
una mayor resistencia a la acción de sulfatos. Es ideal para obras en contacto con suelos
o aguas con alto contenido de sulfatos (canales, alcantarillas, obras portuarias).
También se produce
el cemento portland
blanco, semejante al
de Tipo I, el cual se
usa en acabados de
edificación cuando lo
demandan razones
arquitectónicas.
EL CONCRETO ARMADO

7. b. Agregados o Áridos:
Los agregados o áridos son materiales conformados por partículas o fragmentos de
origen pétreo que, al ser unidos por el cemento, forman la masa del concreto. Presentan
características que influyen en la calidad del concreto, tanto en estado fresco (dejándose
moldear) como cuando han endurecido (adquieren firmeza). Deben ser resistentes y
durables, según las exigencias, para soportar cargas y las acciones del intemperismo.
Constituyen entre el 60% y el 75% del volumen total del concreto.
Agregados Finos < 4.76 mm (3/16”) ≤ Agregados Gruesos ≤ 2.54 mm (1”)
 Agregados Finos (Arenas): Son partículas menores de 4.76 mm
(3/16”), las cuales confieren mayor densidad a la masa del concreto,
incrementando su resistencia y durabilidad. No es posible hacer un buen
concreto sin una buena arena. Las mejores arenas son las de río, con
bordes redondeados, que son más trabajables y requieren menos
agua de amasado.
Arena Fina < 1 mm ≤ Arena Gruesa < 4.76 mm (3/16”)
 Agregados Gruesos (Grava o Piedra Triturada): Son fragmentos de
piedra cuyo tamaño varía entre 4.76 mm (3/16”) y 25 mm (1”), los cuales
confieren dureza a la masa del concreto. Se prefieren los áridos
procedentes de la trituración, por tener más caras de fractura; ello
permite que traben mejor para otorgar una mayor resistencia.
4.76 mm (3/16”) ≤ Grava o Piedra Triturada ≤ 2.54 mm (1”)
Se deben lavar los áridos para eliminar el polvo y restos de arcilla que
suponen un incremento de finos, lo cual implicaría más agua de amasado
y una menor resistencia del concreto.
Se logra una óptima granulometría mezclando tres o cuatro grupos de
áridos de distintos tamaños.
El tamaño máximo del agregado queda limitado por la separación entre
armaduras, ya que el concreto debe rellenar esos vacíos.
Arena Fina
Arena Gruesa
Piedra Triturada
EL CONCRETO ARMADO

8. c. Agua:
 Agua de Amasado: Es el medio de ligación entre el cemento y los agregados. Interviene
en las reacciones de hidratación del cemento y proporciona, a la mezcla del concreto, la
fluidez y la plasticidad necesarias para que el cemento logre la adhesión.
La cantidad de agua de amasado debe ser la estrictamente necesaria; lo que sobra no
hidrata al cemento, se evapora y deja vacíos en el concreto, disminuyendo su resistencia.
Se requieren 250 litros de agua de amasado por cada m³ de concreto.
Sin embargo, una reducción excesiva de agua origina una mezcla seca, poco manejable y
difícil de colocar en obra. Por ello, es muy importante fijar la adecuada cantidad de agua.
 Agua de Curado: Es la que se añade al concreto durante el fraguado y al primer
endurecimiento. Sirve para evitar la desecación y mejorar la hidratación del cemento.
Ambas tipos de agua, de amasado y de curado, deben ser potables
y libre de impurezas y sustancia químicas.
Cuando la mezcla del concreto es demasiado fluida o muy seca,
ésta se puede segregar. Es decir, el concreto se separa en sus
componentes: áridos, cemento y agua. Ello ocurre cuando se vierte
el concreto con caídas superiores a los 2 metros.
d. Otros Componentes Minoritarios:
Otros componentes del concreto son los aditivos y las adiciones que se emplean para
producir determinados efectos en el concreto, sin alterar sus demás características.
 Aditivos: Son productos químicos que se incorporan al concreto, antes o durante el
amasado, para modificar su comportamiento o condiciones de trabajo. Se aplican en una
proporción no superior al 5% del peso del cemento.
 Adiciones: Son materiales inorgánicos, puzolánicos y finamente molidos, que se añaden
al elaborar el concreto para mejorar alguna de sus propiedades o conferirle propiedades
especiales. Suelen emplearse las cenizas volantes y el humo de sílice. Se aplican en
dosis mayores al 5% del peso del cemento (10% a 15%)
EL CONCRETO ARMADO

9. 04 EL CONCRETO ARMADO
a. Definición:
El concreto armado es un material compuesto que resulta al
combinar una masa de concreto ordinario con refuerzos de acero.
Ambos materiales trabajan juntos en la transmisión de cargas ante
las solicitaciones de flexión y de flexocompresión, obteniéndose
estructuras resistentes tanto a la compresión como a la tracción.
El concreto simple (sin refuerzo) resiste la compresión, pero no
soporta la tracción. Para soportar las tracciones, se colocan barras
de acero en las zonas traccionadas; ello restringe la aparición de
grietas originadas por la poca resistencia a la tracción del concreto.
Además, el acero absorbe la torsión y los demás esfuerzos
cortantes, incrementa la resistencia a la compresión del concreto y
reduce las deformaciones debidas a cargas constantes.
b. El Acero de Refuerzo:
El acero de refuerzo se aplica en forma de barras de acero
laminado. Los diámetros usuales varían de ؼ” a Ø1”½. Todas las
barras, excepto el alambrón de ؼ”, que usualmente es liso, tienen
corrugas en su superficie; ello facilita su adherencia. En nuestro
medio se fabrican con límites de fluencia de 4,200 Kp/cm². Las
barras de acero de refuerzo son dúctiles y trabajables, pudiéndose
cortar y doblar fácilmente. Se colocan en forma individual,
empleando separadores para mantener una distribución adecuada.
La malla de alambre es otro tipo de refuerzo que se emplea en
losas y placas, proporcionando una distribución uniforme del acero.
Los alambres de soporte (más gruesos) van entre viga y viga y
resisten las fuerzas de tracción. Los alambre más ligeros cruzan a
los de soporte y se fijan a ellos, por amarre o soldadura.
EL CONCRETO ARMADO

10. EL CONCRETO ARMADO
Resiste las compresiones;
es débil a las tracciones..
Constituye la masa de los
elementos estructurales..
Aporta mayor resistencia
para resistir compresiones .
Confina lateralmente a los
miembros estructurales..
Soporta las tracciones y
absorbe deformaciones..
CONCRETO
ESTRUCTURAL
REFUERZO
DE ACERO
CONCRETO
ARMADO +
sumade

11. 05 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL CONCRETO
 Densidad: Para el concreto ordinario, la densidad es de 2,300 kg/m3.
Para el concreto armado, la densidad es de 2,400 Kg/m³.
 Resistencia a la Compresión: Para el concreto ordinario, varía entre150 Kg/cm² a 500 Kg/cm².
Existen concretos especiales de alta resistencia que alcanzan hasta 2,000 Kg/cm².
 Resistencia a la Tracción: Es proporcionalmente baja, alrededor de un décimo de su resistencia
a compresión y, generalmente, poco significativa en el cálculo global.
 Tiempo de Fraguado: Es de dos horas; varía según la temperatura y la humedad del ambiente.
 Tiempo de Endurecimiento: Es progresivo; depende de la temperatura, de la humedad y de
otros factores externos.
 Resistencia: Entre las 24 a 48 primeras horas adquiere el 50% de su resistencia máxima; a la
semana adquiere el 75%; finalmente, a las 4 semanas alcanza el 100% de su resistencia.
 Coeficiente de Dilatación: El concreto y el acero se dilatan y contraen en medidas semejantes,
dado que poseen similares coeficientes de dilatación térmica. Además, el concreto recubre al
acero, protegiéndolo de la oxidación.
EL CONCRETO ARMADO

12. 06 REQUISITOS PARA EL CONCRETO
a. Trabajabilidad:
La trabajabilidad es el grado de consistencia del concreto en estado plástico, lo cual permite su
colocación en los moldes o encofrados.
Los diferentes tipos de trabajo, las formas y dimensiones de los encofrados y las separaciones
entre refuerzos son factores que determinan el rango de trabajabilidad del concreto.
El agua confiere plasticidad a la mezcla del concreto; pero, una mezcla con exceso de agua, al
endurecerse, origina un concreto poroso y de baja resistencia.
b. Resistencia:
La resistencia es la capacidad del concreto para soportar esfuerzos, sobre todo de compresión,
sin romperse. Se puede predeterminar la resistencia de un concreto, ya endurecido, según las
proporciones de sus ingredientes.
Además de los esfuerzos de compresión, el concreto debe resistir la tensión diagonal (cortante) y
los esfuerzos de adherencia con el acero.
Para determinar la resistencia del concreto, se toman muestras del concreto fresco, las cuales
tras ser “curadas” son fracturadas mediante pruebas de compresión.
La resistencia última del concreto ƒ’c, expresada en Kg/cm² y medida a los 28 días de edad,
nos indica la calidad del concreto y es un valor considerado en todos los cálculos estructurales.
c. Durabilidad:
La durabilidad es la condición por la cual el concreto perdura frente al desgaste y a las acciones
agresivas de los agentes atmosféricos, protegiendo a las armaduras embebidas en su interior.
Para garantizar la durabilidad del concreto y la protección de las armaduras frente a la corrosión,
es importante reducir su permeabilidad realizando una mezcla con una relación agua/cemento
baja, una compactación idónea, un adecuado peso de cemento y una suficiente hidratación
(añadiendo agua de curado). Así se logra una mínima cantidad de poros y una red capilar interna
poco comunicada, con lo cual se reducen los ataques al concreto.
EL CONCRETO ARMADO

13. EL CONCRETO ARMADO
07 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL CONCRETO ARMADO
a. Ventajas
 Puede usarse en un sinfín de formas y de estructuras.
 Tiene una resistencia considerable a la compresión en comparación con otros materiales.
 Tiene una larga vida de servicio. Su resistencia no disminuye con el tiempo, sino que aumenta
con los años debido al largo proceso de solidificación de la pasta de cemento.
 La conservación del acero en el concreto. El cubrimiento del acero mediante la pasta de
cemento mantiene la debida aislación de las barras respecto a la humedad ambiente.
 Es de gran resistencia al fuego y al agua.
 Es el único material económico disponible para zapatas, sótanos, muelles y obras similares.
 Su montaje no requiere de mano de obra calificada.
 Requiere de poco mantenimiento.
 Se emplean materiales locales baratos para su elaboración.
b. Desventajas
 El concreto es de muy baja resistencia a la tracción por lo que requiere reforzarse con acero.
 Se requiere encofrar al concreto para mantenerlo en posición hasta de que endurezca.
 Su ejecución puede resultar debido a los tiempos de fraguado.
 Los materiales no recuperables durante un desmontaje y/o demolición.
 La baja resistencia a la tracción del concreto, por unidad de peso, conduce al diseño y al
montaje de elementos pesados. En estructuras de gran claro, el peso muerto del concreto
tiene un fuerte efecto en los momentos flectores.
 Se requiere de un permanente control de calidad, el cual puede alterarse por las operaciones
de mezcla, colocación, curado, etc.
 Las propiedades del concreto varían ampliamente debido a las variaciones en su dosificación
y en su mezclado.
 El colado y el curado del concreto no son tan cuidadosamente controlados como la producción
de otros materiales.

14. Antes de construir cualquier elemento de concreto armado, se
deben calcular las cargas que soportará.
En función de ellas, se determinarán las dimensiones de los
elementos, la calidad del concreto, la disposición y la cantidad
de las armaduras de refuerzo.
El cálculo y diseño de una estructura de concreto armado
consta de las siguientes etapas:
1. Se simplifica la estructura real, transformándola en una
estructura ideal de cálculo.
2. Se determinan las cargas que resistirá la estructura,
considerando el efecto más desfavorable que éstas puedan
producir en cada punto.
3. Se dimensiona cada una de las secciones para soportar las
solicitaciones más desfavorables.
4. Se redacta el proyecto, que es el conjunto de documentos
que sirven para la realización de la obra y que detalla los
elementos a construir.
En el proyecto se incluyen los cálculos realizados y los planos
donde figuran las dimensiones de los elementos a ejecutar, la
tipificación de los hormigones previstos y las características
resistentes de los aceros a emplear.
EL CONCRETO ARMADO
08 DISEÑO DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO ARMADO