Elformigó armat és un material deconstrucció compost performigó reforçat amb unaarmadura de barres d'acer.[1] És un material barat, ja que abunda molt; és molt dur, resisteix grans pressions d'aigua, altes i baixes temperatures, fregaments, compressions i xocs. L'ús d'aquest material el trobem sobretot en l'estructura dels edificis aprofitant la seva capacitat resistent a compressió i fàcil posada en obra, i al seu envolupant per la rapidesa d'execució de les façanes amb components prefabricats.[2] Té propietats físiques que el fan molt apte per construir grans edificis.[3]
El formigó té una resistència alta a esforços de compressió, però no té bon comportament davant dels esforços de tracció. En canvi, l'acer té una resistència molt alta a esforços de tracció. En combinar-se els dos materials per formar formigó armat, s'obté un material amb bon comportament davant tota mena de sol·licitacions. A més a més, el formigó protegeix l'acer davant l'oxidació.
Quan es projecta una estructura de formigó armat s'estableixen les dimensions dels elements, el tipus de formigó, els additius, i l'acer que s'ha de col·locar en funció dels esforços que haurà de suportar i de les condicions ambientals a les quals es veurà exposat.
El formigó armat s'utilitza en obres d'arquitectura i enginyeria, com són edificis, ponts, dics, ports, canals, túnels, etc. Fins i tot en les edificacions l'estructura de les quals es realitza amb acer, la seva utilització és imprescindible per construir-ne la fonamentació.
La diversitat d'àrids, additius i addicions que s'empra en l'elaboració del formigó, i les possibilitats de reforçament amb acer,fibra de vidre ifibra de carboni, permet obtenir formigons armats ordinaris o especials, ja siguin lleugers, d'alta densitat, translúcids o porosos, per donar resposta a exigències concretes, i fins i tot formigons d'ultra alta resistència per elements estructurals i de tancament molt lleugers i esvelts, gràcies a l'elevada resistència i consistència molt fluida.[2]
Elformigó pretesat[4] és unformigó al qual, de manera prèvia a la seva posada en servei, hom ha introduït un estat inicial favorable de tensions, normalment mitjançant el tesat d'armadures actives.[5][6]
Elformigó posttesat[7] és unformigó armat al qual se sotmet, després de l'abocament i forjat, esforços decompressió per mitjà d'armadures actives (cables d'acer) muntades dins de beines. A diferència delformigó pretesat, les armadures es tesen una vegada que el formigó s'ha endurit (i.e.: ha adquirit la seva resistència característica).
El jardiner francèsJoseph Monier va emprar per primer cop el formigó armat en elPalau de Versalles en1849,[9] i va patentar diversos mètodes a la dècada de1860. El constructor William Wilkinson va sol·licitar en 1854 la patent d'un sistema que incloïa armadures de ferro per a «la millora de la construcció d'habitatges, magatzems i altres edificis resistents al foc». El 1855 Joseph-Louis Lambot va publicar el llibre«Bétons agglomérés appliqués à l'art de construire» (Aplicacions del formigó a l'art de construir), on va patentar el seu sistema de construcció, exposat en l'exposició mundial aParís, l'any1854, el qual consistia en una llanxa de rems fabricada de formigó armat amb filferros. François Coignet en1861 va idear l'aplicació en estructures com a sostres, parets, voltes i tubs.[10]
Moltes de les patents de Monier van ser obtingudes per G. A. Wayss el1866 de les empreses Freytag und Heidschuch i Martenstein, que van fundar una empresa de formigó armat, on es realitzaven proves per veure el comportament resistent del formigó En aquestes proves l'arquitecte prussià Matthias Koenen efectuava els càlculs que van ser publicats en un fullet anomenat «El sistema Monier, armadures de ferro coberts en ciment». Posteriorment, va ser complementat el1894 per Edmond Coignet i De Tédesco, creant un mètode publicat aFrança agregant el comportament d'elasticitat del formigó com a factor en els assajos, aquests càlculs van ser confirmats per altres assajos realitzats per Eberhard G. Neumann el1890. Bauschinger i Bach van comprovar les propietats de l'element enfront del foc i la seva resistència aconseguint ocasionar un gran auge, per la seguretat del producte aAlemanya. Va serFrançois Hennebique qui va idear un sistema convincent de formigó armat, patentat el 1892, que va utilitzar en la construcció d'una fàbrica de filats aTourcoing prop deLilla, el1895.[11]
Eugène Freyssinet va inventar la tècnica delformigó pretesat, unformigó al qual, de manera prèvia a la seva posada en servei, hom ha introduït un estat inicial favorable de tensions, normalment mitjançant el tesat d'armadures actives.[5] Les primeres estructures amb lloses posttesades es van construir a Europa, però el desenvolupament de la tecnologia es va fer alsEstats Units d'Amèrica, on es van instal·lar les primeres lloses emprant tendons no adherents el1955, i aAustràlia. Posteriorment es van construir nombroses lloses posttesades dissenyades i construïdes afegint millores en els mètodes d'alçament de les plaques. El posttesat va permetre reduir el pes de les plaques i la resistència a la fissuració i a la deformació delsforjats.[12]
Elformigó en massa és un material emmotllable i amb bones propietats mecàniques i de durabilitat, i encara que resisteix tensions iesforços de compressió apreciables té una resistència a latracció molt reduïda. Per resistir adequadament esforços de torsió és necessari combinar el formigó amb un esquelet d'acer. Aquest esquelet té la missió resistir lestensions detracció que apareixen en l'estructura, mentre que el formigó resistirà la compressió (sent més barat que l'acer i oferint propietats de durabilitat adequades).
D'altra banda, l'acer confereix a les peces majorductilitat, permetent que les mateixes es deformin apreciablement abans de la falla. Una estructura amb més acer presentarà una manera de fallada més dúctil (i, per tant, menys fràgil), aquesta és la raó per la qual moltes instruccions exigeixen una quantitat mínima d'acer en certes seccions crítiques.
Als elements lineals allargats, com abigues ipilars les barres longitudinals, anomenades armat principal o longitudinal. Aquestes barres d'acer es dimensionen d'acord amb la magnitud de l'esforç axial i elsmoments flectores, mentre que l'esforç tallant i elmoment torsor condicionen les característiques de l'armadura transversal o secundària.
La simpleteoria de bigues de Euler-Bernoulli no és adequada per al càlcul de bigues o pilars de formigó armat. Els elements resistents de formigó armat presenten un mecanisme resistent més complex a causa de la concurrència de dos materials diferents, formigó i acer, amb mòduls de Young molt diferents i elsmoments d'inèrcia són variables d'acord amb la grandària de les fissures dels elements. Les diferents propietats mecàniques de formigó i acer impliquen que en un element de formigó armat latensió mecànica de les armadures i el formigó en contacte amb elles siguin diferents, aquest fet fa que les equacions d'equilibri que enllacen els esforços interns induïts per les forces itensions en formigó i acer no siguin tan simples com les de seccions homogènies, usades en la teoria d'Euler-Bernouilli.
La Instrucció Espanyola del Formigó Estructural les equacions d'equilibri mecànic per a l'esforç axil N i elmoment flector M d'una secció rectangular poden escriure's de forma molt aproximada com:
, són magnituds geomètriques. Respectivament: el cant útil, el recobriment i la profunditat de lafibra neutra respecte a la fibra més comprimida del formigó.
són respectivament la "tensió de l'armadura de tracció" (o menys comprimida) la "armadura de compressió" (o més comprimida) i la tensió de disseny de l'acer de les armadures.
, són les quanties mecàniques, relacionades amb l'àrea transversal d'acer de les armadures.
, són l'esforç axil i el moment flector resultants de les tensions de compressió en el formigó, en funció de la posició de la línia neutra.
Si s'usa el diagrama rectangle normalitzat per representar larelació de tensió-deformació del formigó llavors les tensions de l'armadura de tracció i de compressió es poden expressar les funcions anteriors com:
D'altra banda els esforços suportats pel bloc comprimit de formigó venen donats per:
El problema del dimensionament de seccions es refereix al fet que, per unes determinades càrregues i dimensions geomètriques de la secció, determinar la quantitat d'acer mínima per garantir l'adequada resistència de l'element. La minimització del cost generalment implica considerar diverses formes per a la secció i el càlcul de les armadures per a cadascuna d'aquestes seccions possibles, per calcular el cost orientatiu de cada possible solució.
Una secció d'una biga sotmesa aflexió simple, requereix obligatòriament una armadura (conjunt de barres) de tracció col·locada en la part traccionada de la secció, i depenent delmoment flector pot requerir també una armadura en la part comprimida. L'àrea d'ambdues armadures d'una secció rectangular pot calcular-se aproximadament mitjançant els següents jocs de fórmules:
On:
, és la quantia mecànica d'armadura de compressió.
, és l'àrea total de l'armadura de compressió.
, és la quantia mecànica d'armadura de compressió.
, distàncies des de la fibra més comprimida a les armadures de tracció i a l'armadura de compressió.
, ample de la secció.
Amb les mateixes notacions, l'armadura de tracció es calcula com:
LaInstrucción de hormigón estructural (EHE 08), és el marc normatiu al qual s'estableixen els requisits a tenir en compte en el projecte i execució d'estructures de formigó aEspanya, tant enedificació com enenginyeria civil, amb l'objectiu d'assolir els nivells de seguretat adequats a la seva finalitat.[16][17]
↑Diego Íñiguez, Àlvar.Dimensionat i càlcul de lloses postesades mitjançant models funiculars. Escola Tècnica Superior d'Enginyeria de Camins, Canals i Ports de Barcelona - Enginyeria de Camins, Canals i Ports, 2005, p. 3 [Consulta: 23 novembre 2021].
↑Giné, Salvador «Francesc Macià, enginyer innovador abans que polític». Ara, 30-08-2015. «Molt abans que polític i president de la Generalitat, Francesc Macià és un enginyer militar que també projecta obres civils. En aquesta faceta, Macià és l'introductor del formigó armat a la Península.»
Buxadé Ribot, Carles; Margarit Consarnau, Joan.Seccions i sostres sense bigues de formigó armat. Disseny i càlcul. volum 22 d'e-aula arquitectura. Universitat Politecnica de Catalunya, 2004, p. 144.ISBN 9788498802771.
