Etiqueta: forjado

Un edificio de varias plantas constituye una estructura evolutiva, que va cambiando en configuración y en resistencia conforme se va construyendo. Uno de los aspectos más importantes en la economía y seguridad del proceso constructivo de un edificio es el relacionado con el cimbrado y descimbrado de las plantas sucesivas. No hay que olvidar que durante la construcción se producen esfuerzos que pueden ser más desfavorables que los esfuerzos en servicio. Por tanto, las dos preguntas clave son qué cargas se generan durante la construcción y a qué edad el hormigón está preparado para resistir las cargas por sí mismo.

Sobre este problema se han realizado numerosos estudios que intentan evaluar de forma precisa la transmisión de las cargas entre los forjados y los puntales. Se trata de un problema complejo, pues aspectos tales como las características de la estructura (tipo de hormigón y cargas de cálculo), los cambios de temperatura y humedad ambiente o la distribución de las cargas entre forjados y puntales originado por el propio procedimiento constructivo, entre otros, son determinantes en este tipo de cálculos. Para aclarar algunos aspectos de este tema, vamos a definir los distintos procedimientos empleados, analizaremos brevemente la normativa aplicable y remitiremos a referencias actuales sobre este tema para aquellos de vosotros interesados en profundizar más. Ya os podemos adelantar que la normativa que aborda el plazo de descimbrado es muy genérica y utiliza criterios muy conservadores.

Se pueden distinguir tres procedimientos constructivos principales:

• Cimbrado y descimbrado: Es el procedimiento más simple, pero que requiere de más material. Se descimbra toda la planta lo cual significa que deben existir tantos juegos de cimbras como plantas. Se pueden tener dos, tres o más plantas consecutivas cimbradas. Hay que tener cuidado, pues aumentar el número de juegos de puntales incrementa las cargas máximas en forjados, por lo que suele convenir n=2.
• Cimbrado, clareado y descimbrado: El clareado o descimbrado parcial es una técnica muy empleada en España. Consiste en retirar el encofrado y la mitad o más de los puntales que soportan el forjado pocos días después del hormigonado. En este sistema los puntales no pierden nunca el contacto con la estructura. La ventaja es que se reduce el material necesario en la obra. Todo el encofrado y al menos la mitad de los puntales se recuperan entre los 3 y 5 días. Sin embargo, este procedimiento introduce estados de carga intermedios en los forjados que deben comprobarse.
• Cimbrado, recimbrado y descimbrado: Se retira el apuntalamiento de una planta para que se deforme libremente y se redistribuyan las cargas entre los forjados. Luego se vuelven a poner en carga, de forma que colaboren con los incrementos de carga posteriores. Con este procedimiento, los forjados, a edades tempranas, y cuando se recimbran, soportan únicamente su peso propio. Esta técnica permite reducir notablemente las cargas en los puntales, el inconveniente es que es una operación complicada y delicada, que aumenta el número de operaciones a realizar, y por tanto, el coste de mano de obra. En este caso, aumentar el número de juegos de puntales reduce las cargas máximas en forjados. Este procedimiento precisa de un control de calidad muy intenso, pues se descimbra a edades tempranas. Esta técnica es poco usada en España, aunque es la técnica principal en Estados Unidos.

Como vemos, los tres procedimientos tienen sus ventajas e inconvenientes. Por ejemplo, una crítica al recimbrado es que los forjados se someten a altas cargas a edades tempranas. Además, cuando el “efecto suelo” deja de tener incidencia, los efectos beneficiosos del recimbrado dejan de producirse. Por tanto, si lo que se quiere es optimizar, habría que combinar las técnicas de recimbrado en las plantas inferiores con las de clareado en las superiores. La instrucción EHE-08, a la vista de las implicaciones que tiene los procesos constructivos de descimbrado, carga la responsabilidad en el proyecto. En efecto, en su artículo 94.3, indica que “en general, se comprobará que la totalidad de los procesos de montaje y desmontaje, y en su caso el de recimbrado o reapuntalamiento, se efectúan conforme a lo establecido en el correspondiente proyecto“. Al lector preocupado por el cálculo e hipótesis de estas técnicas le recomendamos el libro del profesor Calavera (2002), que es una de las referencias obligadas.

Por ejemplo, el método simplificado de Grundy y Kabaila (1963) es fácil de aplicar y suele estar del lado de la seguridad, pues supone una rigidez infinita de los puntales y que todos los forjados se comportan elásticamente y presentan la misma rigidez, con una cimentación infinitamente rígida, con cargas uniformemente distribuidas sobre el encofrado y los puntales y despreciando el efecto de la retracción y la fluencia del hormigón. Sin embargo, la rigidez infinita de la cimentación (“efecto suelo”) implica que absorbe un nivel de solicitación importante, lo que provoca a su vez una sobrecarga en los puntales. Esto lleva a que, mientras el efecto dura, las cargas en los puntales se acumulan, pudiendo llegar a constituir la situación más desfavorable de todo el proceso. Una vez que este efecto desaparece, las solicitaciones en puntales pueden disminuir significativamente, lo que lleva a diseños poco optimizados si se aplica el mismo criterio en todas las alturas de la estructura. Este método simplificado nos lleva a distribuciones de cargas que, curiosamente, son independientes de algunos parámetros importantes como son la distancia entre pilares, la altura libre entre plantas, el ritmo constructivo, las dimensiones de los forjados o la resistencia característica del hormigón empleado. Es un método que solo depende del esquema constructivo empleado, es decir, del número de plantas apuntaladas y reapuntaladas.

Con un par de reglas sencillas se puede utilizar este método simplificado. La primera regla es que, una vez se descimbra una planta, la carga que soportaban los puntales se reparten proporcionalmente a los forjados existentes, siempre y cuando los puntales no apoyen en el suelo. La segunda regla es que la carga que recibe el puntal de una planta se calcula de la siguiente forma: se suma la carga del puntal de la planta anterior más el peso propio del forjado y se le resta lo que absorbe dicho forjado. En la figura que sigue se pueden ven los coeficientes de carga para dos y tres juegos de puntales. Para dos juegos, la carga máxima en un forjado se sitúa en el nivel 2 con un coeficiente de 2,25; para tres juegos, la carga máxima se sitúa en el nivel 3 con un coeficiente de 2,36. Dejamos al lector el cálculo con cuatro juegos: la máxima carga sería en el nivel 4 con un coeficiente de 2,43. Se observa que el valor máximo aparece siempre en la planta n, siendo n el número de plantas apuntaladas, es decir, la planta más cargada es la última que fue hormigonada con puntales hasta el terreno.

Taylor (1967) determinó que los coeficientes del método simplificado de Grundy y Kabaila podrían ser reducidos usando la técnica del recimbrado. Se añade una fase más donde se liberan los puntales y los forjados absorben todos los esfuerzos. Al volver a colocar los puntales en carga, éstos solo trabajarán ante cargas adicionales. En la figura siguiente se han calculado los coeficientes para dos juegos de puntales. Se observa que la carga máxima en forjados en este caso es de 1,5 veces el peso del forjado. Dejamos para el lector el cálculo para tres juegos, donde la carga es menor, de solo 1,33 veces el peso del forjado. Como conclusión, sin recimbrado lo mejor eran dos juegos de puntales y con recimbrado, tres juegos.

El plazo mínimo de descimbrado depende de la evolución de la resistencia, del módulo de deformación, de las condiciones de curado, de las características de la estructura y de la relación entre la carga muerta y la carga actuante en el momento del descimbrado. Esta operación comienza quitando los puntales de las zonas más deformables del forjado (extremo de los voladizos y centros de vano) para continuar hacia los apoyos. Esto se hace para no cargar más de lo previsto y que se deforme el forjado de forma brusca. Los comentarios al artículo 53.2 del Código Estructural proponen determinar el plazo de descimbrado utilizando la siguiente expresión, basada en el concepto de madurez del hormigón (edad equivalente entre dos hormigones dependiente del tiempo y de la temperatura). Esta fórmula solo se aplica a elementos de hormigón armado fabricados con cementos Portland sin adiciones, suponiendo que el endurecimiento se haya realizado en condiciones ordinarias:

Donde:

Q es la diferencia entre la carga que actúa en situación de proyecto y la carga que actúa en una determinada fase constructiva

G es la carga que actúa en una determinada fase de construcción (en el momento de descimbrar), incluido el peso propio y la carga transmitida procedente de forjados cimbrados sobre el elemento a estudiar

T es la temperatura media en ºC de las máximas y mínimas diarias durante los j días

j es el número de días desde el hormigonado hasta el descimbrado

Se puede emplear la tabla de los comentarios del artículo 53.2 del Código Estructural donde se indican los periodos mínimos de desencofrado y descimbrado de elementos de hormigón armado. Esta tabla se puede utilizar cuando no se disponga de datos suficientes y en el caso de haber utilizado cemento de endurecimiento normal. En el caso de períodos de helada durante el endurecimiento del hormigón, se deben incrementar convenientemente estos valores. También se incrementarán estos valores cuando se quiera limitar la fisuración a edades tempranas o sea necesario reducir las deformaciones por fluencia. Esta tabla presupone que no se cimbran plantas consecutivas sobre la considerada.

Por último, debemos apuntar algunas de las conclusiones derivadas de las medidas experimentales de la transmisión de cargas entre puntales y forjados derivadas de la tesis doctoral de Gasch (2012). Estas conclusiones son importantes a efectos prácticos:

• El reparto de cargas entre puntales no es uniforme. Los puntales de centro de vano presentan valores de carga máxima para cada una de las operaciones constructivas.
• Las operaciones no previstas durante el procedimiento constructivo implican fuertes modificaciones de la transmisión de cargas esperada entre forjados y puntales.
• Pequeñas variaciones en el apriete de los puntales pueden tener gran influencia en la distribución de cargas.
• Al hormigonar cada forjado, la totalidad de la carga se transmite a los puntales.

Os dejo algunos vídeos explicativos:

Referencias:

Buitrago, M. (2014). Desarrollo de una aplicación informática de apoyo al cálculo del proecso constructivo de cimbrado/descimbrado de edificios en altura hormigonados in situ. Optimización del proceso aplicando técnicas de optimización heurística. Trabajo de Investigación CST/MIH. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil. Universitat Politècnica de València.

Calavera, J. (2002). Cálculo, construcción, patología y rehabilitación de forjados de edificación: unidireccionales y sin vigas-hormigón metálicos y mixtos. Intemac Ediciones, Madrid.

Díaz-Lozano, J. (2008). Criterios técnicos para el descimbrado de estructuras de hormigón. Tesis doctoral. Departamento de ingeniería civil: construcción. Universidad Politécnica de Madrid.

Gasch, I. (2012). Estudio de la evolución de cargas en forjados y estructuras auxiliares de apuntalamiento durante la construcción de edificios de hormigón in situ mediante procesos de cimbrado, clareado y descimbrado de plantas sucesivas. Tesis doctoral. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil. Universitat Politècnica de València.

Grundy, P.; Kabaila, A. (1963). Construction loads on slabs with shored formwork in multistory buildings. ACI Structural Proceedings, 60(12): 1729-1738.

Cursos:

Curso de estructuras auxiliares en la construcción: andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.