Fase IV: Años comprendidos entre 1960 hasta la actualidad
Z Juan Manuel de Zafra y Esteban (1869 – 1923)
3.2.2 Tipos de acero, propiedades y resistencia
Las hipótesis que se adoptaban en España hacia 1902 [16, 1902], consideraban la proporcionalidad entre tensiones y deformaciones y se procuraba que la solicitación no superara nunca la tensión de límite elástico del acero. La resistencia a tracción se consideraba igual que la resistencia a compresión, no existiendo discrepancias fundamentales sobre los valores de los coeficientes elásticos y los esfuerzos de cálculo, al contrario de lo que ocurría en el caso del hormigón.
Por estas fechas, destaca también el trabajo de los expertos en estructuras metálicas sobre la fatiga (Wöhler) que establecen un coeficiente de seguridad para el acero s=2, respecto a la tensión
admisible del acero, que se mantuvo estable a lo largo de muchos años.
La Norma americana editada en 1910 [18, 1910], establecía que las barras de acero del hormigón deberían cumplir con las especificaciones para acero estructural adoptadas por el “American Railway Engineering and Maintenance of Way Association”.
En el Congreso de Lieja de 1930 [28, 1930], el profesor M. Ros, menciona las tensiones admisibles de los distintos tipos de acero existentes, distinguiendo entre el acero dulce y el acero especial de altas resistencias.
Tabla 3.17. Tensiones admisibles de los aceros en MPa (M. Ros, 1930). Congreso de Lieja, 1930 [28, 1930]
Acero dulce para armadura. Límite de elasticidad
aparente: σs= 270 MPa
Acero especial de altas resistencias. Límite de elasticidad aparente:
σs= 350 MPa
Tensión de tracción admisible σs,adm
Sin retracción ni temperatura 120 160
Con retracción y temperatura 150 180
La norma alemana de 1932 [39, 1943] recogida en la bibliografía de Saliger de los años 1940 y 1943, plantea la tabla 3.18 que resume las principales características del acero. Los valores están en MPa: Tabla 3.18. Resistencia del hierro (MPa) [39, 1943]
Coeficiente de elasticidad Ee Coeficiente de elasticidad transversal Ge Carga límite de proporcionalidad p σ Carga de fluencia o plástica (*) (fy) Resistencia o carga de rotura σB (fs) Hierro dulce 200.000 77.000 130 – 170 220 – 280 300 – 400 Acero dulce St.37 215.000 83.000 200 – 240 240 – 300 370 – 450 Acero de alta resistencia 220.000 85.000 250 – 500 Más de 300 500 – 1.000
Se recomienda consultar el Anejo a esta tesis para ver los valores de los resultados experimentales. Según la Instrucción española de 1939 [60, 1939-42], las propiedades del acero dulce eran las siguientes:
Tensión límite de elasticidad de 250 a 300 MPa (superior al 0,65 de la carga de rotura e inferior al 0,80).
Tensión de rotura de 370 a 450 MPa. Alargamiento mínimo superior al 10%.
Las barras no presentarán grietas ni mermas de sección superiores al 3%. Los diámetros empleados son 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25 y 30 mm.
Acero dulce de uso habitual: 240 MPa de límite elástico y alargamiento mínimo del 18%. El coeficiente de dilatación térmica se fija en diez millonésimas para el conjunto del hormigón y armaduras, salvo para aquellos estudios no preceptivos en que se consideren por separado y se estudien los efectos de la desigual dilatación, justificando los valores adoptados.
En la revisión de 1941 de la misma Instrucción [60, 1939-42], a los efectos del coeficiente de seguridad, indicaba que no se tomarán para valor de la tensión de límite elástico aparente del acero, cifras superiores al 80% de su tensión de rotura, ni a 21,5 veces la de rotura del hormigón a compresión en probeta cilíndrica, ó 17 en probeta cúbica, salvo que se tomen precauciones especiales para evitar la fisuración. Limitaban la tensión del límite elástico del acero para controlar de modo indirecto la fisuración.
Se limitaba la tensión admisible del acero en función de la resistencia a compresión del hormigón según la siguiente tabla 3.19:
Tabla 3.19. Tensiones admisibles en acero especial [60, 1939-42]
Resistencia a compresión en MPa 12 16 20 Tensión admisible en el acero especial en MPa 130 170 180
Las propiedades contempladas para los aceros en esta revisión de la Instrucción española, son [60, 1939-42]:
Tabla 3.20. Características del acero corriente y el acero especial según la Instrucción de 1941 [60, 1939-42]
Acero corriente Acero especial
Carga mínima de rotura 360 MPa 500 MPa
Límite elástico aparente mínimo 240 MPa 360 MPa
Alargamiento mínimo 23% 18%
Diámetros (mm) 5, 6, 7, 8 , 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 30, 35
Las Instrucciones españolas de 1951 [43, 1951], 1956 [130,1956] y 1957 [131,1957] mantienen los mismos valores considerados en la Instrucción española de 1941.
En 1960 [31, 1960], Alfredo Páez Balaca expone los mismos tipos de acero con propiedades algo mejoradas:
Acero ordinario: límite elástico: 240 MPa, tensión de rotura: 360 MPa. Es el que se emplea en construcción.
Acero de altas resistencias: carga de rotura: 1.500 MPa, empleado en alambres para hormigón pretensado.
Jiménez Montoya en su publicación de 1964 [37, 1964], recoge la relación de las tensiones admisibles del acero en función de su resistencia característica:
Tabla 3.21. Tensiones admisibles según la Instrucción española de 1939 [37, 1964]
Material y forma de trabajo Campo de aplicación Tensión admisible (MPa)
Armadura en tracción
(salvo que se tomen precauciones a fisuración, se limitará el valor
) σ , '
σak ≤215 bm
bm: Resistencia media del hormigón.
En general.
Cuando se tenga en cuenta conjuntamente en la combinación más desfavorable las distintas acciones permanentes, explotación y ecológicas.
Cuando además de cumplirse las condiciones anteriores se consideran los efectos parásitos y no elásticos y tanto en los cálculos y en la ejecución e inspección de la obra, se aplica la máxima escrupulosidad. ' σ , ' σa=050 ak ' σ , ' σa=059 ak ' σ , ' σa=066 ak
Las características del acero:
Límite elástico característico:
ak'≥230
MPa. Tensión máxima de rotura:
ar'≥1,25·
ak'
.Además, establece como valores máximos y mínimos del límite elástico característico los de la tabla 3.22 y 3.23. Los valores mínimos impuestos a ak' están basados en la Tesis de K. Hajnal Könji según la cual todos los elementos de hormigón armado de una estructura deben sufrir una fisuración antes de la rotura como aviso del colapso. Estos mismos valores ya se recogían en las Instrucciones españolas de 1957 y de 1961 para las barras lisas. Los valores para barras corrugadas se recogen por primera vez en la Instrucción española de 1966.
Tabla 3.22. Valores límites de ak'para barras lisas [165, 1966]
Diámetro (mm) Límite elástico característico para barras lisas (MPa) Mínimo Máximo 6 280 480 8 270 460 10 260 440 12 250 420 16 240 400 18 235 380 20 230 370 25 230 350 30 230 330 35 230 320
Tabla 3.23. Valores límites de σak'para barras corrugadas [37, 1964; 165, 1966]
Diámetro (mm) Límite elástico característico para barras corrugadas (MPa) Mínimo Máximo
6 415 610
8 395 580
Diámetro (mm) Límite elástico característico para barras corrugadas (MPa) Mínimo Máximo 12 365 535 16 335 500 18 320 470 20 305 440 25 285 415 30 275 400
Los valores mínimos se han calculado de modo que la rotura súbita de una pieza de hormigón, armada con estos aceros, se produzca una fisuración apreciable, fijada en este caso en grietas de 0,25 mm de abertura. Análogamente, los valores máximos se han limitado para evitar fisuras peligrosas para la corrosión de las armaduras.
La relación de tensiones admisibles del acero y del hormigón, planteadas por la ACI 318-63 y por la DIN 1045 [37, 1964]:
Tabla 3.24. Tensiones admisibles para las armaduras según el Código ACI 318-63 [37, 1964; 165, 1966]
Material y forma de trabajo Campo de aplicación Tensión admisible (MPa)
Armaduras en tracción
Redondos y cuadradillos ordinarios. Barras de diámetro no superior a 9,5 mm en placas armadas en una sola dirección, cuyas luces no excedan de 3,66 m.
Barras corrugadas con límite elástico σak’≥420 MPa cuyo diámetro no supere 35 mm. Otros tipos de armaduras.
σa’=126 σa’=0,5·σak’
σa’≤210
σa’=170
σa’=140
Armaduras comprimidas en pilares
Armaduras longitudinales de las columnas zunchadas.
Armaduras longitudinales de los pilares ordinarios con cercos transversales
σa=0,4·σak’ σa≤210 σa=0,36·σak’
σa≤179 Perfiles comprimidos en pilares
Aceros ASTM A-36 Aceros ASTM A-7 Fundición
σa=126 σa=112,5
σa=70
Tabla 3.25. Tensiones admisibles en el acero según DIN 1045 [37, 1964; 165, 1966]
Material y forma de trabajo Campo de aplicación
Tensión admisible (MPa) Calidad del hormigón (1) B160 B225 B300
Armaduras en tracción
Acero I en losas, vigas rectangulares y vigas en T, sometidas a flexión simple o compuesta.
Acero II en losas sometidas a flexión simple o compuesta.
Acero II en vigas rectangulares y T sometidas a flexión simple o compuesta.
Acero nervado IIa en cualquier 140 200 180 200 140 200 180 200 140 200 180 200
Material y forma de trabajo Campo de aplicación
Tensión admisible (MPa) Calidad del hormigón (1) B160 B225 B300 elemento sometido a flexión o
compuesta (Ø≤26 mm).
Acero III en losas sometidas a flexión simple o compuesta.
Acero IV en losas sometidas a flexión simple o compuesta.
Acero III y IV en vigas rectangulares y T sometidas a flexión simple o compuesta.
Acero nervado IIIa y IVa en cualquier elemento sometido a flexión simple o compuesta (Ø≤26 mm). 220 220 - 240 220 240 200 240 220 240 200 240
(1) Las calidades del hormigón se refieren a la resistencia media determinada en probetas cúbicas. Con hormigón B-160 no se emplearán redondos de diámetro mayor de 30 mm.
(2) La denominación de los aceros corresponde a la Norma DIN 1045.
En España, en los años 60, se fabricaban dos tipos de armaduras corrugadas de acero estirado en frío: el Tetracero-42 y el TOR-50, de características:
Tabla 3.26. Características de las armaduras corrugadas del acero estirado en frío años 60 [37, 1964; 165, 1966]
Tetracero - 42 TOR - 50
Límite elástico característico (MPa) 420 500
Tensión de rotura (MPa) 525 625
Límite elástico minorado (MPa) 350 416,6
Alargamiento de rotura (%) 10 10
Alargamiento repartido de rotura (%) 4 4
En el extranjero se empleaban otros tipos de acero como el TOR, Tentor, Caron, etc.
Las barras corrugadas laminadas en caliente que se empleaban en España eran REA-40 y REA-46, cuyas caracterícticas eran las siguientes:
Tabla 3.27. Características de las armaduras corrugadas laminadas en caliente REA-40 y REA-46 [165, 1966]
REA-40 REA-46
Límite elástico característico (MPa) 400 460
Tensión de rotura (MPa) 600 650
Límite elástico minorado (MPa) 333,3 383,3
Alargamiento de rotura (%) 18 16
Alargamiento repartido de rotura (%) 10 9
En cuanto a la Instrucción EH-68 [77, 1968], establece como resistencia característica del acero, la siguiente: 240 yk f MPa para Ø16mm 230 yk f MPa para Ø16mm
Los diámetros contemplados en esta Instrucción para las barras de acero, son: 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32, 40 mm.
En la publicación de Jiménez Montoya de 1969 [163, 1969] se menciona que las recomendaciones del Comité Europeo del Hormigón limitan la deformación plástica del acero no considerando alargamientos superiores al 10 por 1000.
Asimismo, recoge las tensiones admisibles del acero según la Norma DIN 1045 [163, 1969]. Tabla 3.28. Tensiones admisibles para las armaduras según DIN 1045 [163, 1969]
Material y forma de
trabajo Campo de aplicación
Tensión admisible (MPa) Calidad del hormigón (1) B 160 B 225 B 300
Armaduras en tracción
Acero I en losas, vigas rectangulares y vigas en T,
sometidas a flexión simple o compuesta. 140 140 140 Acero II en losas sometidas a flexión simple o
compuesta. 200 200 200
Acero II en vigas rectangulares y T sometidas a
flexión simple o compuesta. 180 180 180
Acero nervado IIa en cualquier elemento sometido a flexión simple o compuesta (Ø≤26 mm)
200 200 200
Acero III en losas sometidas a flexión simple o
compuesta. 220 220 220
Acero IV en losas sometidas a flexión simple o
compuesta. 220 220 220
Acero III y IV en vigas rectangulares y T sometidas
a flexión simple o compuesta. - 200 200
Acero nervado IIIa y IVa en cualquier elemento sometido a flexión simple o compuesta (Ø≤26 mm)
240 240 240
(1) Las calidades del hormigón se refieren a la resistencia media determinada en probetas cúbicas. La denominación de los aceros corresponde a la Norma DIN 1045.
Las características que debían verificar las barras lisas según la Instrucción de 1973 [134, 1973], son: Carga de rotura: 340 – 500 MPa.
Límite elástico igual o superior a 220 MPa.
Alargamiento de rotura en porcentaje medido sobre base de 5 diámetros, igual o superior a 23.
Ausencia de grietas después del ensayo de doblado simple a 180º efectuado a 20ºC±2ºC sobre un mandril con el siguiente diámetro:
Barras de diámetro superior a 16 mm cuya carga de rotura sea superior a 450 MPa, el diámetro del mandril será el doble de la barra.
Para cualquier otro caso, el diámetro del mandril será igual al de la barra.
Ausencia de grietas después del ensayo de doblado-desdoblado a 90ºC. Este ensayo se efectuará a 20±2ºC, y en cada caso sobre un mandril de diámetro doble al utilizado en el ensayo de doblado simple a 180ºC.
Los diámetros contemplados por esta Instrucción, son los mismos que los estipulados por las Recomendaciones internacionales CEB-FIP, y son: 5, 6, 8, 10, 12, 16, 20, 25, 32 y 40 mm.
En el caso de las barras corrugadas, los diámetros de 32 mm no podrán emplearse si no están avalados por un estudio previo de adherencia. Además, las barras corrugadas verificarán las siguientes condiciones:
Tabla 3.29. Características mínimas garantizadas por el fabricante de acero corrugado [134, 1973]
Designación Clases de acero
Límite elástico fy en MPa no menor que Carga unitaria de rotura fs en MPa no menor que Alargamiento de rotura en porcentaje sobre base de 5Ø no menor que Relación fs/fy en ensayo no menor que
AE42N Dureza natural 420 550 18 1,25
AE42F Dureza en frío 420 500 12 1,10
AE46N Dureza natural 460 600 16 1,25
AE46F Estirado en frío 460 550 11 1,10
AE50N Dureza natural 500 650 14 1,20
AE50F Estirado en frío 500 600 10 1,10
AE60N Dureza natural 600 720 12 1,15
AE60F Estirado en frío 600 660 8 1,10