Resistencia del hormigón armado: claves para profesionales

Hormigones: Evolución de Criterios (Series Viejas vs. Series Nuevas)

En este artículo analizamos la resistencia del hormigón armado y cómo cambian los criterios de diseño entre las series viejas y las series modernas

Todo arquitecto o constructor está familiarizado con la nomenclatura de la resistencia característica del hormigón, sea que haya trabajado con las antiguas denominaciones H-13, H-21, H-30, o las series más recientes como H-30, H-35, H-40. La diferencia entre estas series no es solo nominal, sino que implica un cambio fundamental en el criterio de diseño estructural, especialmente en relación con el módulo de elasticidad y la ductilidad de las estructuras.

1. El Módulo de Elasticidad del Hormigón (Ec)

El módulo de elasticidad del hormigón, Ec, es la medida que define la rigidez o flexibilidad del material.

Cuando una pieza de hormigón (losa, viga o columna) se somete a una tensión (σ), experimenta una deformación (ε). En el rango elástico, esta relación es lineal y se define como:

Ec=σ/ε

• Un mayor  Ec indica que la pieza se deforma menos ante la misma carga, resultando en una estructura más rígida.

• Un menor Ec implica una mayor deformación bajo la misma carga, resultando en una estructura más flexible.

  

  Probeta cilíndrica de hormigón en máquina de ensayo de compresión para medir la resistencia.

2. La Antigua Serie (Criterio de Rigidez y Seguridad a la Rotura)

La normativa antigua (CIRSOC/DIN, años 80-90) empleaba fórmulas que asignaban valores de módulo de elasticidad relativamente altos para cada resistencia, concibiendo al hormigón como un material más rígido.

• Nomenclatura: Se utilizaban series como H-13, H-17, H-21, H-30, entre otras.

• Filosofía de Diseño: El foco estaba puesto en la seguridad a la rotura. Se privilegiaba limitar tensiones y verificar que la sección no redujera el coeficiente de seguridad.

• Implicancia Práctica: En los modelos de cálculo, esto resultaba en elementos estructurales (columnas, vigas y losas) que se asumían más rígidos.

3. La Nueva Serie (Criterio de Ductilidad y Comportamiento Sísmico)

La serie actual (CIRSOC 201-2005, alineada con el ACI, American Concrete Institute) adoptó un enfoque que busca estructuras más dúctiles, especialmente frente a solicitaciones sísmicas.

• Nomenclatura: Se introdujo la serie H-15, H-20, H-25, H-30, H-35, H-40, H-50 y H-60, denominadas resistencias especificadas. Esta nueva denominación es técnicamente equivalente a la antigua resistencia característica, aunque involucra un cambio en el criterio estadístico para medir la resistencia del hormigón.

• Fórmulas Conservadoras: El reglamento adopta expresiones tipo ACI que, para una misma resistencia, resultan en un Ec menor que la normativa antigua.

  • Esto es un reconocimiento de que el hormigón en servicio (fisurado, con microfisuras) es inherentemente menos rígido que el hormigón de laboratorio.

• Enfoque en Ductilidad: Los cambios responden a una mejor comprensión del comportamiento real del hormigón fisurado y a décadas de experiencia sísmica.

  • En diseño sismo-resistente, la prioridad es que la estructura pueda deformarse y disipar energía sin colapsar, más allá de solo evitar la rotura.

  • Un módulo de elasticidad más bajo en el cálculo aumenta los desplazamientos teóricos, obligando al proyectista a verificar con mayor rigor las derivas de entrepiso y el detalle del armado.

• Influencia Sísmica: Gran parte de esta filosofía proviene de la normativa estadounidense (ACI y ASCE), desarrollada en zonas de alta peligrosidad sísmica. La experiencia sísmica ha demostrado que es preferible una estructura que se deforma y se mantiene en pie a una estructura muy rígida que falla de forma frágil.

Implicancias para el Diseño Arquitectónico

Aunque el cálculo estructural es competencia del ingeniero, comprender esta transición de criterios es fundamental para el arquitecto:

A. Estructuras Modernas: Mayor Aceptación de Deformación

Con la nueva serie de hormigones y el menor Ec adoptado:

• La estructura, en el modelo numérico, se deforma levemente más para secciones idénticas.

• para lograr la misma flecha o deformación en una viga o losa, por ejemplo, son necesarias secciones mas grandes y por ende mas pesadas. Sin embargo la nueva normativa impone menores cargas de calculo, así que esto nos lleva a considerar el coeficiente de seguridad que lo trataremos en otro artículo.

• El cálculo verifica estas flechas y derivas con mayor realismo.

• El resultado final es una estructura más flexible, pero intrínsecamente más segura frente a cargas extremas (como un sismo).

B. Diseño Basado en Daño Controlado

El objetivo en un sismo fuerte no es la ausencia total de daño, sino el control del daño. La meta es:

• Garantizar que la estructura tenga zonas que se fisuren y plastifiquen de manera controlada.

• Que estos elementos (vigas, columnas, nudos) absorban energía sin que el edificio colapse.

• Para este fin, un Ec ligeramente menor y una estructura más dúctil son elementos de diseño clave.

C. Relevancia en el Detalle y la Coordinación

• Detalles Constructivos: Elementos como anclajes, longitudes de empalme, confinamiento de columnas y armaduras de piel adquieren una mayor relevancia en la seguridad.

• Coordinación Arquitectura–Estructura: La ubicación de juntas, la disposición de elementos rígidos (muros, núcleos) y los cambios bruscos de rigidez entre pisos deben ser coordinados meticulosamente con el ingeniero estructural.

• Fisuras Visibles: Un hormigón diseñado para mayor ductilidad puede, bajo ciertas solicitaciones, mostrar fisuras controladas. Es crucial entender que estas no son necesariamente sinónimo de peligro, sino parte del comportamiento esperado de una estructura que disipó energía.

D. Ámbito de Aplicación

La vieja serie de hormigones ha probado su fiabilidad durante décadas, con la actualización normativa del año 1991, se puso énfasis en el concepto de ductilidad y la capacidad residual estructural. Con un elevado coeficiente de seguridad en el cálculo, esas estructuras funcionaron perfectamente y por eso la norma aun se mantiene competitiva en la construcción de viviendas ,edificios no públicos, en zonas no sísmicas o de peligrosidad sísmica moderada.

Sin embargo, para zonas de alta peligrosidad sísmica (como San Juan y Mendoza) y para edificios públicos, la aplicación de los criterios y la nueva serie de hormigones modernos es obligatoria o altamente conveniente.

Para el profesional, comprender esta distinción permite diseñar con una mayor conciencia estructural, mejorar la colaboración interdisciplinaria y asegurar la coherencia del edificio con la normativa aplicada.