Hormigón armado

El hormigón armado es hormigón con barras de acero embebidas, colocadas donde la pieza va a estar traccionada. El hormigón soporta la compresión y el acero la tracción, de modo que una viga o una losa plana puede salvar un hueco donde el hormigón solo o la piedra se agrietarían.

Qué es

El hormigón aguanta muy bien el aplastamiento y muy mal el estiramiento: su resistencia a tracción ronda la décima parte de su resistencia a compresión. Una viga de hormigón sin armar, como un dintel de piedra, se agrieta por su cara inferior estirada con una carga modesta. Por eso los constructores romanos cubrían los vanos con arcos, bóvedas y cúpulas, formas que trabajan casi solo a compresión.

El hormigón armado pone acero donde la pieza se estira. Las barras situadas en la parte baja de una viga toman la tracción, y el hormigón de encima, la compresión. Juntos se vierten en losas, vigas, pilares, zapatas, muros, depósitos y puentes.

Cómo funciona

Bajo carga, una viga se flecta: la parte de arriba se acorta, la de abajo se alarga y se abre en fisuras finas como un pelo, y desde ese momento son las barras inferiores las que resisten. Sobre los apoyos intermedios de una viga continua, y en un voladizo, la cara traccionada queda arriba, así que la armadura principal va arriba. Una losa apoyada en sus cuatro lados flecta en dos direcciones y lleva una malla; una que trabaja en una sola dirección lleva igualmente barras más ligeras en sentido transversal, contra las fisuras de retracción. Cerca de los apoyos la viga tiende además a fisurarse en diagonal; unos lazos cerrados de barra más fina, los cercos, cruzan esas fisuras y se colocan allí más juntos. Los pilares trabajan sobre todo a compresión, y los cercos que rodean sus barras verticales impiden que estas se abran hacia fuera.

La unión funciona por tres razones. El acero y el hormigón se dilatan con el calor casi lo mismo, entre 10 y 12 millonésimas por grado Celsius. Las corrugas laminadas en las barras modernas se traban en el hormigón y transmiten el esfuerzo de uno a otro. Y el agua de los poros del hormigón es muy alcalina, en torno a pH 12,5 a 13, lo que recubre el acero de una fina película de óxido que detiene la corrosión.

El óxido se hincha al formarse y arranca el hormigón demasiado fino que cubre la barra.

Esa protección dura lo que dura el recubrimiento, el hormigón que queda por fuera de las barras. El dióxido de carbono del aire lo neutraliza poco a poco por carbonatación, y la sal marina o la de deshielo introduce cloruros. Cuando llega suficiente cantidad al acero, con humedad y oxígeno, la barra se oxida. El óxido ocupa varias veces el volumen del acero que sustituye: agrieta el recubrimiento y lo hace saltar en lajas. Estos desconchones empiezan donde el recubrimiento es fino o poroso. La norma estadounidense ACI 318 pide unos 38 mm de recubrimiento en barras finas a la intemperie y 75 mm cuando el hormigón se vierte contra el terreno.

El hormigón pretensado va más lejos: unos alambres de acero de alta resistencia, tensados y anclados al hormigón, comprimen la pieza de antemano. Bajo carga, su cara inferior sufre poca o ninguna tracción, y se pueden hacer vigas más largas y esbeltas.

Cómo construirlo

Se trata de un pequeño dintel prefabricado para un hueco de 0,9 m como máximo en un murete de jardín, bajo unas pocas hiladas de bloques, sin forjado ni cubierta. Todo elemento que soporte personas o parte de un edificio, incluido el dintel de una vivienda, o cuya caída pueda herir a alguien, debe calcularlo un ingeniero según la normativa local, o comprarse como producto certificado.

Hacer el molde. Sobre suelo llano, atornillar tablas formando una caja abierta de 1,2 m de largo y 150 × 150 mm de sección interior, para que el dintel apoye 150 mm en cada extremo. Aceitar las caras interiores y sujetar los laterales con estacas para que el hormigón fresco no los abra.

Las barras descansan sobre separadores: el hormigón pasa por debajo y las envuelve.

Colocar el acero. Cortar dos barras corrugadas de 10 mm a 1,1 m, lo que deja 50 mm de hormigón en cada extremo. Apoyarlas en separadores de plástico de 40 mm, a 40 mm de los laterales, y atarlas con alambre para que no se muevan durante el vertido. Usar barras enteras. En obras mayores, las barras se empalman solapándolas en una longitud que fija el cálculo, al menos 500 mm en las losas de viviendas australianas.

Verter, compactar y curar. Amasar el hormigón como se explica para el cemento Portland, con grava de 10 mm como máximo. Llenar en dos capas, picar cada una alrededor de las barras y golpear las tablas para sacar el aire. Marcar una flecha en la cara superior: colocado al revés, el dintel tendría el acero en la cara comprimida. Mantenerlo húmedo bajo un plástico al menos 7 días, más si hace frío.

Colocarlo. El dintel pesa unos 65 kg: moverlo entre dos personas a ras de suelo, o con una ayuda mecánica por encima de la cintura, y asentarlo sobre una cama de mortero, con el acero abajo. No construir encima hasta unos 28 días después, cuando el hormigón se acerca a su resistencia prevista.

Ver la tracción en acción. Hacer tres barritas de mortero de 50 × 50 × 500 mm, una sin armar y dos con un alambre de acero de 4 mm a 15 mm de una cara. A la semana, apoyar cada una sobre dos ladrillos separados 400 mm, en el suelo, poner una tablilla atravesada en el centro y apilar ladrillos encima uno a uno. La barrita sin armar se parte de golpe; la que lleva el alambre abajo se fisura por debajo, se flecta y aguanta mucho más; probada con el alambre arriba, la tercera rompe casi como la que no tiene armadura.

Seguridad. El cemento fresco es muy alcalino y quema la piel contra la que queda atrapado: use guantes impermeables, manga larga y gafas de protección, y lave enseguida las salpicaduras. Corte el acero con cizalla o amoladora solo con gafas y guantes, lejos de cualquier cosa que pueda arder. Apuntale todo molde; un encofrado que sostiene hormigón en altura es trabajo de profesionales, porque puede hundirse bajo el peso del vertido. Durante el ensayo de carga, lleve gafas, colóquese a un lado y mantenga los pies lejos de la carga.

Historia y evolución

La barca de Lambot: una fina cáscara de cemento sobre una retícula de hierro.

En 1848 Joseph-Louis Lambot hizo flotar una barca de cemento sobre malla de hierro en el estanque de su finca de Miraval, en el Var. La patentó en 1855 y ese mismo año expuso otra en París; la primera se conserva en el museo de Brignoles. Esta lámina toma 1848, fecha de esa barca, uno de los primeros ejemplos conservados de hierro y cemento trabajando juntos. En 1854, en Inglaterra, William Boutland Wilkinson, de Newcastle, patentó forjados armados con hierro.

Joseph Monier, jardinero en París, patentó el 16 de julio de 1867 macetones y depósitos armados, y después puentes en 1873 y vigas en 1878. En Alemania, Gustav Adolf Wayss compró sus patentes y construyó más de 300 puentes en arco entre 1887 y 1891. En 1892 François Hennebique patentó una estructura completa de pilares, vigas y losas, que ejecutaban constructores con licencia. En Estados Unidos, Ernest Ransome patentó una barra retorcida en 1884, y el Ingalls Building de Cincinnati alcanzó 16 plantas en 1903.

El puente de Salginatobel de Robert Maillart (1930) salva un barranco suizo con un arco hueco de 90 m, de solo 20 cm de espesor en la clave. Eugène Freyssinet patentó el pretensado en 1928 y en 1934 lo usó para salvar la estación marítima de El Havre, que se hundía en la arcilla.

Un informe de Chatham House de 2018 cifra la producción mundial de cemento en más de 4000 millones de toneladas al año, en su mayoría para hormigón, y su parte de las emisiones mundiales de CO₂ en cerca del 8 %.