Comportamiento mecánico de las armaduras principales y los estribos helicoidales en postes de hormigón

La armadura principal, también llamada armadura longitudinal resistente, es el acero dispuesto a lo largo de la longitud del poste. Generalmente se emplean barras de alta resistencia pretensadas o no pretensadas, distribuidas uniformemente sobre la circunferencia de la sección circular. La función esencial de la armadura principal es resistir el momento flector. Cuando el poste recibe la acción lateral del viento, su fuste se deforma por flexión: un lado se tracciona y el otro se comprime. Aunque el hormigón tiene una gran resistencia a la compresión, su resistencia a la tracción es muy baja, y en cuanto la tensión de tracción supera el límite se fisura. La armadura principal se encarga de absorber esa fuerza de tracción en la zona traccionada, reteniendo al hormigón al borde de la fisuración. En otras palabras, sin armadura principal, el poste se rompería como una viga frágil bajo cargas laterales algo mayores. En los postes pretensados, la armadura principal se tensa antes del hormigonado, generando de antemano una tensión de compresión interna en el hormigón. Cuando llega la carga externa, esa precompresión debe ser compensada primero para que el hormigón pueda entrar en estado de tracción. Esto equivale a dotar al poste de una reserva anticipada de capacidad para resistir deformaciones, mejorando notablemente su resistencia a la fisuración y su rigidez.

Si la armadura principal es el esqueleto portante longitudinal, los estribos helicoidales son el sistema de confinamiento que rodea a la armadura principal. Los estribos helicoidales se enrollan de forma continua a lo largo de toda la longitud del poste, formando una jaula de acero en espiral. Su función puede entenderse en tres niveles. Primero, fijan conjuntamente las armaduras principales dispersas sobre la circunferencia, garantizando que no se desplacen de su posición de proyecto y manteniendo la separación correcta y el espesor del recubrimiento durante el hormigonado y el moldeo por centrifugación. Segundo, confinan la deformación transversal del hormigón del núcleo. Cuando el poste se comprime, el hormigón tiende a expandirse hacia fuera, y los estribos helicoidales, como un anillo tenso, limitan esa expansión, situando el hormigón del núcleo en un estado de compresión triaxial, con lo que aumentan su resistencia a la compresión y su ductilidad. Tercero, en las zonas de flexión o de cortante, los estribos helicoidales absorben el esfuerzo cortante, impidiendo la apertura de fisuras inclinadas y evitando que el poste sufra una rotura frágil por cortante.

La relación de cooperación entre la armadura principal y los estribos helicoidales puede comprenderse con una analogía sencilla. La armadura principal es como los pilares longitudinales de una columna, encargados de soportar las tensiones de tracción y compresión provocadas por la flexión; los estribos helicoidales son como las cuerdas que se enrollan alrededor de esos pilares, atándolos en un conjunto y proporcionando confinamiento lateral bajo compresión. Ambos son indispensables. Si solo hubiera armadura principal sin estribos suficientes, las barras tenderían a pandearse hacia fuera bajo compresión, el recubrimiento de hormigón podría desprenderse y la capacidad portante de toda la sección disminuiría drásticamente. A la inversa, si los estribos fueran abundantes pero la armadura principal insuficiente, la capacidad de flexión del poste tampoco bastaría, y ante cargas laterales mayores seguiría fisurándose o incluso rompiéndose. En el diseño real, el diámetro, la cantidad y la disposición de la armadura principal se determinan según la distribución del momento flector en el poste. Normalmente el momento es máximo en la base, donde la armadura principal es más densa; hacia la parte superior el momento disminuye gradualmente, por lo que la cantidad o el diámetro de las barras pueden ajustarse en consecuencia. El diámetro, el paso y la densidad de enrollado de los estribos helicoidales también se calculan. En las zonas con mayor cortante, el paso se reduce adecuadamente para proporcionar un confinamiento y una resistencia al cortante más fuertes. Un paso demasiado grande da un efecto de confinamiento insuficiente; un paso demasiado pequeño aumenta el coste de fabricación y la dificultad de ejecución, por lo que es necesario encontrar un equilibrio entre seguridad y economía.