Figura 1. Encofrados verticales. By Farina Destil (Farina Destil) [Public domain], via Wikimedia Commons
Se pueden clasificar los encofrados de muy distintas formas: atendiendo al material con el que están elaborados, al sistema de transmisión de cargas, al sistema de ejecución, etc. Sin embargo, se suelen agrupar en función de la posición del elemento que se va a encofrar: sistemas horizontales y sistemas verticales. Ejemplo del primer tipo son los forjados utilizados en edificación; en cuanto a los segundos, podrían ser aquellos utilizados en pilares o muros.
En cuanto a los materiales, si bien hasta hace pocas fechas era habitual el uso de la madera, nuevos materiales como el aluminio (con este material hay que tener precauciones, ver artículo 68.3 de la EHE-08) o el plástico han permitido estandarizar e industrializar más los procedimientos constructivos. Esta industrialización ha permitido reducir los tiempos de montaje y desmontaje, y con ello el periodo de ejecución de estas tareas. En una entrada anterior ya se realizó una introducción sobre lo que son y para qué sirven los encofrados.
Por tanto, como podemos ver, existen una serie de factores a tener en cuenta a la hora de elegir el mejor encofrado. Al aspecto económico habría que añadir otros que influyen directamente en él como es el tiempo de desencofrado, el coste de los elementos auxiliares, el coste de la mano de obra necesaria, la colocación y desencofrado, los equipos necesarios, el número de usos que se le de a los materiales y el coste del acabado de las superficies de hormigón.
A continuación he elaborado un mapa conceptual (Figura 2) para clarificar la clasificación de los sistemas de encofrado. Como podéis ver, además de la posición del elemento a encofrar, se ha considerado la transmisión de cargas y la ejecución del elemento para establecer un esquema que simplifique la comprensión de los sistemas.
Figura 2. Mapa conceptual de los sistemas de encofrado. Elaboración: V. Yepes
Los encofrados horizontales, normalmente empleados en forjados de edificación o losas de puentes, presentan tres grupos de elementos constituyentes (Figura 3):
Una superficie encofrante, que da la textura y que permite la transmisión de las cargas
Una estructura horizontal formada por vigas, sopandas o correas, que traslada las cargas de la superficie encofrante a la estructura vertical
Una estructura vertical, formada por puntales, que transmite las cargas a los forjados inferiores o al terreno.
Figura 3. Encofrado de forjado. Fuente: https://www.grupomaq.es/encofrado-de-forjado/
Los sistemas de encofrado vertical, típico en la ejecución de pilares y muros. Según el modo de transmisión de los esfuerzos, se clasifican a su vez en encofrados “a una cara” y encofrados “a dos caras”. Los encofrados a una cara son aquellos en los que, o bien las dos caras encofrantes se unen por tierantes, o no existe una de las caras. En este caso las presiones del hormigón fresco se absorben por estructuras externas al encofrado. En el caso del encofrado a dos caras, las presiones del hormigón se absorben por tirantes internos que atan las dos caras encofrantes. Presentan agrupaciones de elementos (Figura 4):
El sistema encofrante, que da textura y soporta la presión del hormigón fresco
La estructura de soporte, constituida por un marco exterior y unas costillas interiores de refuerzo
Figura 4. Encofrado para muros con vigas. Fuente: https://www.peri.es/productos/encofrados/encofrados-para-muros/vario-gt-24-girder-wall-formwork.html#&gid=1&pid=1
En el caso de encofrados verticales de grandes alturas, se pueden utilizar los encofrados trepantes o autotrepantes y los deslizantes. De ellos ya se ha hablado en otros posts anteriores.
Por último, os dejo un pequeño vídeo explicativo donde se resumen los aspectos más significativos de las tipologías de los encofrados.
Acaban de publicarnos en la revista Technologies un artículo que aplica el algoritmo de recocido simulado a la optimización del coste y de la energía empleada en un puente losa postesado con tablero aligerado. Se resuelve un problema complejo de optimización de 33 variables de diseño. Como resultados interesantes cabe señalar que, en ocasiones, las soluciones de menor coste no son necesariamente las que menos energía consumen. El artículo se ha publicado en abierto y se puede descargar en la web. Aquí tenéis la referencia y el artículo completo.
Referencia:
ALCALÁ, J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Embodied energy optimization of prestressed concrete slab bridge decks.Technologies, 6(2):43. doi:10.3390/technologies6020043 (link)
Figura 1. Apuntalamiento y encofrado de forjado. Fuente: http://www.lineaprevencion.com
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.
Encofrado de Mesas VR con Puntal SP. https://www.ulmaconstruction.es/es-es/encofrados/puntales-cimbras/puntales/puntal-acero-sp
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.
Coeficientes de carga para puntales y forjados con dos y tres juegos de puntales usando el método simplificado de Grundy y Kabaila (1963)
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.
Aplicación del método simplificado de recimbrado de Taylor (1967), con dos juegos de puntales
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.
Tabla de los comentarios del Art. 53.2 del Código Estructural. Periodos mínimos de desencofrado y descimbrado de elementos de hormigón armado
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.
Calavera, J. (2002). Cálculo, construcción, patología y rehabilitación de forjados de edificación: unidireccionales y sin vigas-hormigón metálicos y mixtos. Intemac Ediciones, Madrid.
Grundy, P.; Kabaila, A. (1963). Construction loads on slabs with shored formwork in multistory buildings. ACI Structural Proceedings, 60(12): 1729-1738.
By World-Telegram staff photographer [Public domain], via Wikimedia Commons
Investigadores de la Universitat Politècnica de València y de la Universidad de La Frontera (Chile) han elaborado un algoritmo, basado en la armonía musical del jazz, que determina qué inversión es más adecuada
La metodología ya se ha aplicado en El Salvador, donde ha permitido priorizar las inversiones en carreteras
Las administraciones públicas se enfrentan continuamente con problemas de gran calado social cuando tienen que invertir grandes sumas de dinero en infraestructuras clave, como puede ser una carretera, un hospital o una universidad.
Ahora, un equipo de investigadores de la Universitat Politècnica de València y de la Universidad de La Frontera (Chile) ha desarrollado un novedoso estudio que demuestra que el jazz puede ayudarles a decidir en qué infraestructuras es mejor invertir el dinero, para favorecer así la calidad de vida de los ciudadanos. Su trabajo ha sido publicado en el Journal of Cleaner Production.
La metodología diseñada por el equipo de científicos españoles y chilenos se basa en la inteligencia subyacente en la armonía musical del jazz. “La armonía nos ha servido de inspiración para elaborar un algoritmo que es capaz de determinar el impacto de una determinada decisión –invertir en un aeropuerto o en una línea de AVE, por ejemplo – tanto a corto como a medio y largo plazo”, apunta Víctor Yepes, investigador del Instituto Universitario de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València.
Según explica el profesor Yepes, el algoritmo de búsqueda armónica (harmony search, en inglés) se basa en el proceso de la improvisación musical. “No todo el mundo posee habilidad para improvisar música, pues es un proceso que requiere experiencia y conocimiento previo de las armonías. Por ejemplo, en el jazz, el músico compone una nueva melodía basándose en sus conocimientos musicales para seleccionar nuevas notas aleatoriamente. Si el conjunto de notas tocadas se consideran una buena armonía, esta se guarda en la memoria de cada músico, incrementando la posibilidad de hacer una buena armonía la próxima vez”, señala el investigador de la UPV.
El algoritmo desarrollado por los investigadores españoles y chilenos hace algo parecido. Cada melodía se define por un vector, al igual que cada infraestructura que debe ser elegida. Cada nueva iteración del algoritmo elige una melodía (infraestructura) parecida que, si es mejor, se añade al repertorio. “Al final del proceso, el algoritmo es capaz de definir una melodía (infraestructura) de calidad muy alta. Dicho de otro modo, la inteligencia del algoritmo permite ayudar a elegir la mejor infraestructura posible, considerando aspectos tan diversos como la empleabilidad, la educación, la sanidad, el confort o la calidad de vida”, apunta Víctor Yepes.
Más objetivo
El método permite minimizar los errores al decidir qué tipo de inversión es la más adecuada, haciendo más objetiva la decisión de las autoridades, al considerar no solo los efectos económicos y medioambientales, sino también los sociales, que son más difíciles de evaluar.
“Los factores económicos o medioambientales condicionan el tipo de decisión. Pero los efectos en la sociedad a corto y largo plazo pueden ser irreversibles. Muchos son los ejemplos de malas decisiones con graves repercusiones: aeropuertos infrautilizados, líneas de alta velocidad innecesarias, altas listas de espera en hospitales, altísimos porcentajes de paro, etc. Este método ayudaría a acabar con estas situaciones”, destaca Víctor Yepes.
El Salvador
La metodología se ha aplicado ya en El Salvador, donde ha permitido priorizar las inversiones en carreteras, maximizando los beneficios tanto a corto como a largo plazo. “La trascendencia del método desarrollado es su aplicabilidad a cualquier contexto y territorio, lo que permite mejorar las condiciones de vida de amplios sectores sociales con ayuda de la inteligencia subyacente en la música”, concluye Víctor Yepes.
Os dejo también una entrevista radiofónica en À Punt Ràdio:
Agradecimientos:
Luis Zurano, de la Unidad de Cultura Científica e Innovación de la Universitat Politècnica de València
Referencias:
SIERRA, L.A.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; PELLICER, E. (2018). Bayesian network method for decision-making about the social sustainability of infrastructure projects. Journal of Cleaner Production, 176:521-534. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.12.140
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La norma UNE-EN 12812:2008 define los requisitos de comportamiento y diseño general de las cimbras.
Esta norma no solo recoge las acciones típicas a considerar en los cálculos, sino que además cataloga y diferencia dos tipos de cimbra, las denominadas como clase A y clase B.
Clase de diseño A: es aquella cimbra cuya estabilidad está avalada por la experiencia y buenas prácticas ya establecidas y que se puede considerar que satisface los requisitos de diseño. Son cimbras de utilización estándar y con limitaciones de altura y cargas. Las más habituales son puntales para forjados de edificación y las torres cuajadas en puentes. El proyecto de la cimbra debe incluir una copia de los ensayos y cálculos realizados por el proyectista del material estándar con las limitaciones de uso y montaje que deben respetarse. Esta documentación deberá estar firmada por el suministrador del material y por el laboratorio que haya efectuado el ensayo. Estos montajes requieren un análisis simplificado basado en los materiales de los elementos que conforman la cimbra (puntales, bases, cabezales de cimbra y arriostramientos). Su utilización se basa normalmente en la aplicación de tablas de uso y manuales de uso generales y no suelen requerir de cálculos ni ensayos específicos. Habitualmente solo entran dentro de esta clasificación los apeos con puntal. Según la norma, la clase A se puede adoptar solo cuando:
las losas tengan un área de sección transversal inferior a 0,3 m² por metro de anchura de losa
las vigas tengan un área de sección transversal inferior a 0,5 m²
la luz libre de las vigas y las losas no supere los 6,0 m
la altura de la estructura permanente en la cara inferior no supere los 3,5 m
Clase de diseño B: la estabilidad y el diseño se deben estudiar de acuerdo con los Eurocódigos (EN 1990, EN 1991 hasta EN 1999) y con los apartados de la UNE-EN 12812, debido a que se debe realizar un diseño estructural completo. Por tanto, se deben comprobar los estados límites últimos y de servicio, así como las uniones y detalles. Además, se deben incluir planos que determinen la cimbra en planta para poder proceder al replanteo, los alzados y las secciones, así como los detalles importantes. Dentro de esta clase se incluyen todas las cimbras realizadas con material a medida y todas aquellas de material estándar, pero con usos que se salen de sus condiciones de utilización. La clase B2 permite un cálculo más simplificado que la clase B1 para determinar la distribución de la carga, basado en las áreas de influencia que recoge cada vertical o montante de la cimbra. Este cálculo simplificado alcanza el mismo nivel de seguridad. En la clase B1 se supone que el montaje se lleva a cabo con un nivel de destreza apropiado para la construcción permanente (ver normas EN 1090-2 y EN 1090-3 para estructuras metálicas).
Fuera de estas dos clases de diseño, mencionaremos las cimbras especiales, destinadas a la construcción de grandes estructuras (cimbras autolanzables, lanzadores de vigas y dovelas o carros de voladizos sucesivos). Se caracterizan por ser cimbras-máquina, es decir, con movimiento, por lo que se precisa de un cálculo muy detallado en todas las posiciones de trabajo.
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Figura 1. https://pixabay.com/es/sitio-las-obras-de-construcci%C3%B3n-592459/ CC0 Creative Commons
Las cimbras, según define la Norma Técnica de Prevención NTP-1069, son estructuras provisionales de apuntalamiento en altura, que sirven para la sustentación de las distintas plataformas, mesas o planchas de trabajo que conforman el encofrado, cumplen, según los casos, funciones de servicio, carga y protección. Las cimbras también se pueden utilizar como apeo para cualquier carga, por ejemplo: estructuras como apeo en fase de montaje, demoliciones, refuerzo de estructuras existentes frente cargas puntuales, etc.
Las torres de cimbra de componentes prefabricados son los más empleados, clasificándose según su método de rigidización, pues se puede triangular completamente en todos los planos verticales (Figura 1) o no.
Las cimbras permiten su funcionamiento como estructuras capaces de soportar cargas de diferente naturaleza. Los principales componentes y elementos principales son los siguientes:
Base regulable. Es una placa base metálica, dispuesta en la parte inferior de la torre de cimbra, que permite el apoyo sobre el terreno o cimentación durante el montaje y que, gracias a un husillo, se regula en altura para absorber de las irregularidades en la superficie de apoyo de la torre.
Cabezal en U. Se trata de una pieza metálica en U, situada en la parte superior de la torre, encima de los últimos montantes verticales, que permite el apoyo de las vigas primarias que soportan el encofrado.
Husillo. Consiste en un dispositivo metálico roscado, utilizado como componente principal en las bases regulables y en los cabezales en U. Es capaz de regular la altura de la cimbra y de liberarla de carga, para su descimbrado, a través de su descenso.
Montante. Es un elemento metálico vertical de la cimbra que transmite las cargas soportadas en la parte superior de la cimbra hasta el terreno o cimentación sobre la que se sustenta la torre de cimbra. Su montaje, arriostrado con el resto de los montantes verticales de la torre, configura lo que se denomina “módulos de la cimbra”.
Travesaño. Se trata de un elemento metálico horizontal de la cimbra, que conecta horizontalmente dos montantes verticales adyacentes, aumentado la rigidez y la resistencia vertical y estabilidad de la torre de cimbra.
Diagonal. Es un elemento metálico dispuesto en la torre de cimbra, que permite conectar de manera diagonal dos montantes verticales adyacentes, aumentando la rigidez y proporcionando una mayor resistencia vertical y lateral de esta estructura auxiliar de carácter temporal. Tanto los travesaños horizontales como las diagonales, son rigidizadores que ajustan, aseguran y estabilizan la torre de cimbra desde su arranque. El número de arriostramientos varía en función de la altura total de la torre, gracias a lo cual se evita el vuelco o desplazamiento de la torre de cimbra ante posibles esfuerzos horizontales, garantizando la estabilidad estructural y la capacidad de carga de la torre de cimbra.
Abrazadera/acoplamiento: Se trata de un dispositivo utilizado para conectar dos tubos diferentes. Existen dos tipos principales: acoplamiento de cuña (donde la fuerza de sujeción se obtiene al ajustar una mordaza sobre el tubo mediante el golpeo de una cuña) y el acoplamiento roscado (donde la fuerza de sujeción se obtiene al ajustar una mordaza alrededor del tubo por medio de una tuerca y un perno).
Contrapeso. Consiste en material sólido opcional que puede disponer la estructura que conforma la cimbra para proporcionar una mayor estabilidad frente al vuelco por la acción de su peso muerto.
Cimiento. Subestructura opcional, en terrenos de poca capacidad portante y de resistencia a compresión, que tiene el objetivo de transmitir la carga de las torres de cimbra a este en lugar de realizar un apoyo directo sobre el terreno. Como cimentación de las torres de carga suelen disponerse zapatas formadas por durmientes de madera o de hormigón.
En la Figura 2 siguiente se puede ver un esquema simplificado de los componentes de una cimbra, en este caso, de una cimbra de gran carga MK-360 de la empresa ULMA.
Figura 2. https://www.ulmaconstruction.com/es/encofrados/puntales-cimbras/cimbras-de-gran-carga/cimbra-gran-carga-mk
A continuación os dejo una animación del proceso de montaje Cimbra PAL Mecanotubo para aclarar las ideas.
By Farina Destil (Farinacasseforme Destil) [Public domain], via Wikimedia Commons. NOTA IMPORTANTE: Se puede observar que los ganchos de la fotografía incumplen las medidas de seguridad al no disponer de gatillo de seguro. Este detalle no se le ha escapado a Xosé Manuel (@xomaloga). Gracias por ello. Si os fijáis bien, también le faltan guantes a alguno de los operarios.
El montaje y desmontaje de cimbras y encofrados requieren de precauciones específicas que resulta difícil de condensar en un breve post como este. Sin embargo, incluimos aquí algunas consideraciones muy básicas y una referencias que se pueden utilizar antes de emprender cualquier tipo de obra que necesite de estos elementos auxiliares. En una entrada anterior se describieron medidas específicas de seguridad en el desencofrado.
Algunas de las consideraciones pueden ser las siguientes:
Las cimbras y encofrados, así como las uniones de sus distintos elementos, poseerán una resistencia y rigidez suficientes para soportar sin asientos ni deformaciones perjudiciales las cargas, las sobrecargas y acciones de cualquier naturaleza que puedan producirse sobre ellas como consecuencia del proceso de hormigonado y vibrado del hormigón.
Al realizar el encofrado, se pensará también en la operación inversa: desencofrar; y se efectuará de tal forma que la posterior retirada de los elementos utilizados sea lo menos peligrosa y complicada posible.
No se procederá a desencofrar hasta tanto no hayan transcurridos los días necesarios para el perfecto fraguado y consolidación del hormigón establecidos por la Normas Oficiales en vigor.
El apilamiento de la madera y encofrado en los tajos cumplirá las condiciones de base amplia y estable, no sobrepasar de 2 m. de altura, el lugar de apilamiento soportará la carga aplicada, el acopio se hará por pilas entrecruzadas. Si la madera es usada estará limpia de clavos.
Las herramientas manuales: martillos, tenazas, barra de uñas, etc. estarán en buenas condiciones.
Cuando se elabore un encofrado, habrá de tenerse en cuenta la posterior operación de desencofrado, por lo que los elementos utilizados serán concebidos de forma que su retirada sea la menos complicada y peligrosa posible.
Es fundamental que las operaciones de desencofrado sean efectuadas por los mismos operarios que hicieron el encofrado.
Si los elementos de encofrado se acopian en lotes para ser posteriormente trasladados por la grúa, deberán cumplir las siguientes condiciones:
Solo sobresaldrán del forjado, un máximo de un tercio de su longitud.
Cada lote se apoyará en un tablón, situado en el extremo del forjado.
Los encofrados metálicos se pondrán a tierra si existe el peligro de que entren en contacto con algún punto de la instalación eléctrica de la obra.
Conviene recordar a los encofradores que la operación de desencofrado, no estará concluida hasta que el encofrado esté totalmente limpio de hormigón, puntas, latiguillos, etc., y debidamente apilado en el lugar designado.
Los encofradores llevarán las herramientas en una bolsa, pendiente del cinturón.
Bajo ningún concepto arrojarán herramientas o materiales desde altura.
Los operarios utilizarán botas con puntera reforzada, y plantillas anticlavos.
Deben sujetar el cinturón de seguridad a algún punto fijo adecuado, cuando trabajen en altura.
Deben desencofrar los elementos verticales desde arriba hacia abajo.
La sierra solo la utilizarán los oficiales.
Antes de cortar madera se quitarán las puntas, observándose la existencia de nudos.
Cuando los puntales tengan más de 5 m. de altura, se deben asegurar contra el pandeo arriostrándolos horizontalmente.
Siempre que fuere preciso, se emplearán andamios o plataformas de trabajo de 60 cm. de ancho.
Si la plataforma es de madera será bien sana, sin nudos saltadizos, ni otros defectos que puedan producir roturas.
Estas plataformas tendrán sus respectivas barandillas a 90 cm. sobre el nivel de la misma y su rodapié de 20 cm. que evite la caída de materiales cuando se trabaje en niveles inferiores.
Asegurarse de que todos los elementos de encofrado están firmemente sujetos antes de abandonar el trabajo.
El acceso a los puestos de trabajo debe hacerse por los lugares previstos. Prohibido trepar por tubos, tablones, etc.
By Störfix [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) or CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)], from Wikimedia Commons
Como vemos en esta noticia de RTVTARIFA, los accidentes debidos a fallos en la construcción de los encofrados y las cimbras pueden ser catastróficos. Aunque en este caso, afortunadamente solo hubo 5 heridos de carácter leve.
En este vídeo de la Fundación Laboral de la Construcción se describen los principales riesgos y medidas preventivas en los trabajos de encofrado y hormigonado.
Este otro vídeo del Instituto de la Construcción de Castilla y León también es muy interesante respecto a la seguridad de encofradores y ferralistas.
Os paso a continuación una conferencia sobre seguridad en encofrados en estructuras singulares impartida por D. Antonio Reyes Valverde. Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Director Técnico PERI, S.A.U. Encofrados Andamios Ingeniería. Aunque presenta algunas deficiencias de audio, considero que tiene gran interés.
Referencias:
Fundación Agustín de Betancourt (2011). Sistemas de encofrado: análisis de soluciones técnicas y recomendaciones de buenas prácticas preventivas. Comunidad de Madrid, 130 pp. Enlace
Fernández, R.; Honrado, C. (2010). Estudio de las condiciones de trabajo en encofrado, hormigonado y desencofrado. Junta de Castilla y León, 68 pp. Enlace
OSALAN (2007). Guía práctica de encofrados. Instituto Vasco de Seguridad y Salud Laborales, 200 pp. Enlace
INSHT. Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo. Colección de Legislación en materia de Prevención de Riesgos Laborales. Enlace
REAL DECRETO 2177/2004, de 12 de noviembre, por el que se modifica el Real Decreto 1215/1997, de 18 de julio, por el que se establecen las disposiciones mínimas de seguridad y salud para la utilización por los trabajadores de los equipos de trabajo, en materia de trabajos temporales en altura. BOE nº 274 13-11-2004. Enlace
Figura 1. Diseño tradicional de estructuras por prueba y error (Yepes, 2017)
El diseño de las estructuras se ha basado fundamentalmente en la experiencia del ingeniero proyectista. La topografía y las condiciones de tráfico, entre otros, determinan el diseño de un puente. A partir de ahí, las dimensiones de la sección transversal, el tipo de hormigón y la disposición general de las armaduras se definen atendiendo a la experiencia profesional y a las recomendaciones y criterios de diseño (Figura 1). A continuación, se ajustan el resto de variables, tras comprobar el cumplimiento de los estados límite último y de servicio. Si el proyectista quiere mejorar el diseño propuesto, normalmente se realiza un proceso de prueba y error, de forma que tras varios tanteos, se intenta reducir el consumo de materiales, y por tanto, el coste de la estructura. Frente a este planteamiento, los métodos heurísticos emplean técnicas basadas en la inteligencia artificial para seleccionar un diseño, analizar la estructura, controlar las restricciones y rediseñar la estructura modificando las variables hasta conseguir optimizar la función objetivo.
Cohn y Dinovitzer (1994) revisaron la investigación realizada en su momento en relación con la optimización de las estructuras y señalaron la brecha existente entre los estudios teóricos y la aplicación en problemas estructurales reales. Sarma y Adeli (1998) analizaron años más tarde los estudios relacionados con la optimización matemática de las estructuras, complementada más recientemente por Hare et al. (2013) que estudiaron la aplicación de los algoritmos heurísticos en la optimización estructural. Los algoritmos heurísticos difieren en cuanto a planteamiento y aplicabilidad de los métodos matemáticos exactos. De hecho, la optimización heurística resulta muy efectiva pues, aunque no garantiza la obtención del óptimo global del problema, proporciona soluciones casi óptimas en tiempos de cálculo razonables. Esta ventaja cobra importancia en la optimización de estructuras reales, donde el número de variables crece extraordinariamente de forma que desborda el tiempo de cálculo de los métodos exactos de optimización. Además, la programación matemática requiere el cálculo de gradientes de las restricciones, mientras que la optimización heurística incorpora las restricciones de diseño de una manera directa (Lagaros et al., 2006).
Las técnicas metaheurísticas utilizan estrategias de búsqueda para localizar óptimos locales en grandes espacios de soluciones de forma efectiva. Un ejemplo de ello son los Algoritmos Genéticos (Genetic Algorithms, GAs), que son procedimientos de búsqueda poblacionales inspirados en la evolución natural (Holland, 1975). Así, los GAs generan soluciones de alta calidad a través del cruce genético con otros individuos de una población y la mutación de algunas de sus características a lo largo de generaciones. Los padres suelen seleccionarse atendiendo a su aptitud (Coello, 1994) y los hijos mantienen ciertas características de sus padres. En cada generación sobreviven los hijos con mayores aptitudes. Además, para evitar la convergencia prematura del algoritmo, se utiliza un operador de mutación, al igual que ocurre en la Naturaleza, que cambia aleatoriamente de vez en cuando alguna de las características de las nuevas soluciones. Una variante a esta técnica son los Algoritmos Meméticos (Moscato, 1989), donde cada individuo de la nueva generación se mejora mediante una búsqueda local con el objetivo de mejorar los genes para que los padres obtengan mejores resultados en las siguientes generaciones. Esta técnica, por tanto, aplica los GAs a poblaciones de óptimos locales.
La inteligencia de enjambre (swarm intelligence) es una metaheurística poblacional empleada en los problemas de optimizacón. Estos algoritmos imitan el comportamiento colectivo de los sistemas descentralizados y auto-organizados, tales como algunas colonias de insectos, basándose en la interacción entre los vecinos, pero que siguen un patrón global. Los algoritmos de enjambre difieren en filosofía de los algoritmos genéticos porque utilizan la cooperación en lugar de la competencia (Dutta et al., 2011). Entre los algoritmos pertenecientes a este grupo, basados en el comportamiento biológico, destaca la optimización de colonias de hormigas (Ant Colony Optimization, ACO), la optimización de enjambre de partículas (Particle Swarm Optimization, PSO), las colonias de abejas artificiales (Artificial Bee Colony, ABC), la optimización en enjambres de luciérnagas (Glowworm Swarm Optimization, GSO), entre otros. ACO basa su estrategia en el comportamiento de las hormigas, que dejan un rastro de feromonas para encontrar alimento de forma efectiva (Colorni et al., 1991); PSO simula un sistema social simplificado (Kennedy y Eberhart, 1995); ABC imita el comportamiento alimentario forrajero de las abejas (Karaboga y Basturk, 2008); GSO imita un movimiento de las luciérnagas hacia los vecinos más brillantes (Krishnanand y Ghose, 2009).
Las metaheurísticas poblacionales presentan una amplia capacidad de búsqueda en paralelo y una fuerte robustez. Sin embargo, para mejorar la intensificación de la búsqueda, estos algoritmos suelen combinarse con otras heurísticas de búsqueda local. Esta hibridación consigue explotar la diversificación en la búsqueda poblacional con la intensificación de la búsqueda local. Luo y Zhang (2011) comprobaron que el algoritmo híbrido presenta una convergencia más rápida, una mayor precisión y es más efectivo en la optimización de problemas ingenieriles. Blum et al. (2011) estudiaron las ventajas de la hibridación de las metaheurísticas en el caso de la optimización combinatoria.
El recocido simulado (Simulated Annealing, SA), propuesto por Kirkpatrick et al. (1983), constituye uno de los algoritmos utilizados en la optimización estructural. Este algoritmo se basa en el fenómeno físico del proceso de recocido de los metales. La energía de un sistema termodinámico se compara con la función de coste evaluada para una solución de un problema de optimización combinatoria. En ambos casos se trata de evolucionar de un estado a otro de menor energía o coste. El acceso de un estado metaestable a otro se alcanza introduciendo “ruido” con un parámetro de control al que se denomina temperatura. Su reducción adecuada permite, con una elevada probabilidad, que un sistema termodinámico adquiera un mínimo global de energía. SA presenta la ventaja de admitir soluciones de peor calidad al principio de la búsqueda, lo cual permite eludir óptimos locales de baja calidad. La aceptación por umbrales (Threshold Accepting, TA), propuesto por Dueck y Scheuer (1990), tolera también opciones de peor calidad para eludir los óptimos locales. La diferencia entre SA y TA es que el criterio de aceptación de una solución peor es probabilista en el primer caso y determinista en el segundo. Los algoritmos genéticos se han hibridado con el recocido simulado en el diseño óptimo de puentes prefabricados de hormigón pretensado (Martí et al., 2013; Martí et al., 2016) y vigas en I de hormigón armado (RC) (Yepes et al., 2015a). Otras estrategias de hibridación también han demostrado su eficiencia con PSO (Shieh et al., 2011, Valdez et al., 2011, Wang et al., 2013) y ACO (Behnamian et al, 2009, Chen et al., 2012).
Qu et al. (2011) señalaron la lentitud en la convergencia de los algoritmos GSO; del mismo modo Zhang et al. (2010) apuntaron ciertas deficiencias de estos algoritmos en la búsqueda del óptimo global. Es por ello que se ha hibridado SA con GSO (García-Segura et al., 2014c, Yepes et al., 2015b) para combinar la diversificación de la búsqueda de GSO con la intensificación de la búsqueda de SA para encontrar de forma efectiva un óptimo de elevada calidad. García-Segura et al. (2014c) mostraron cómo un algoritmo híbrido de optimización de enjambre de luciérnagas (SAGSO) obtuvo resultados considerablemente mejores en cuanto a calidad y tiempo de cálculo. SAGSO superó al GSO en términos de eficiencia, precisión y convergencia. Sin embargo, se requiere una buena calibración para garantizar soluciones de alta calidad con un tiempo de cómputo corto.
La búsqueda de la armonía (Harmony Search, HS) constituye una heurística propuesta por Geem et al. (2001) inspirada en el jazz, donde se trata de armonizar u construir sucesiones de acordes razonables. Las notas, los instrumentos y la mejor armonía representan los valores, las variables y el óptimo global. Alberdi y Khandelwal (2015) compararon ACO, GA, HS, PSO, SA y TS en la optimización del diseño de marcos de acero, comprobando que los mejores resultados se obtenían con HS. La búsqueda de la armonía se ha utilizado para optimizar columnas rectangulares de hormigón armado (de Medeiros y Kripka, 2014), forjados compuestos (Kaveh y Shakouri Mahmud Abadi, 2010) y pórticos planos de hormigón armado (Akin y Saka, 2015). Alia y Mandava (2011) recogieron en su trabajo las variantes utilizadas para hibridar con HS. García-Segura et al. (2015) emplearon un algoritmo de búsqueda de la armonía hibridada con la aceptación por umbrales para encontrar diseños óptimos sostenibles de puentes peatonales de hormigón postesado.
La optimización de los puentes atrajo la atención de los ingenieros a partir de la década de los años 70, incluyendo los puentes viga de acero, (Wills, 1973), el refuerzo de los puentes losa (Barr et al., 1989), los puentes viga de hormigón pretensado (Aguilar et al., 1973, Lounis y Cohn, 1993), y los puentes en cajón postesados construidos “in situ” (Bond, 1975; Yu et al., 1986). Desde la aparición de la inteligencia artificial, se ha puesto mayor énfasis en el uso de técnicas de optimización heurística para optimizar las estructuras. Srinivas y Ramanjaneyulu (2007) usaron redes neuronales artificiales y algoritmos genéticos para optimizar el coste de un puente de vigas en T. Rana et al. (2013) propusieron una optimización evolutiva para minimizar el coste de una estructura de puente continuo de hormigón pretensado de dos tramos. Martí et al. (2013) implementaron un algoritmo de recocido simulado híbrido para encontrar las soluciones más económicas de puentes prefabricados de hormigón pretensado de vigas artes. El uso de refuerzos de fibra de acero en ese tipo de puente se estudió posteriormente con algoritmos meméticos (Martí et al., 2015). Se propusieron algoritmos genéticos para optimizar las cubiertas poliméricas reforzadas con fibras híbridas y los puentes atirantados (Cai y Aref, 2015).
También se han optimizado otro tipo de estructuras con algoritmos heurísticos, como los forjados prefabricados (de Albuquerque et al., 2012), columnas de hormigón armado (Park et al., 2013; Nigdeli et al., 2015), columnas de acero (Kripka y Chamberlain Pravia, 2013), marcos espaciales de acero (Degertekin et al., 2008), marcos de hormigón armado (Camp y Huq, 2013), pórticos de hormigón armado (Payá-Zaforteza et al., 2010), vigas en I de hormigón armado (García-Segura et al., 2014c; Yepes et al., 2015a), pórticos de carreteras (Perea et al., 2008), pilas altas de viaductos (Martínez et al., 2011; 2013), muros de contención (Gandomi et al., 2015; Pei y Xia, 2012; Yepes et al., 2008, 2012; Molina-Moreno et al., 2017a), zapatas de hormigón armado (Camp y Assadollahi, 2013; Camp y Huq, 2013), bóvedas de pasos inferiores en carreteras (Carbonell et al., 2011) y estribos de puentes (Luz et al., 2015).
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Los encofrados pueden ser esencialmente de dos tipos, el “tradicional” de madera y los prefabricados, normalmente metálicos y de madera, aunque también se pueden utilizar otros materiales como el plástico o el cartón plastificado. Lo habitual hoy día es el uso de encofrado metálico modular, lo que permite un montaje y erección rápidos en el lugar de obra, al tiempo que se reduce la necesidad de mano de obra y el tiempo de utilización de grúas. Estos encofrados suelen suministrarse por empresas especializadas, siendo muy importante elegir el sistema comercial que más se adapte a las necesidades o a los procesos de trabajos previstos.
En los encofrados de madera se suelen “matar” las esquinas disponiendo unos listones triangulares llamados “berenjenos” que no solo mejoran la estética, sino que evitan la rotura de las esquinas y la aparición de árido sin recubrimiento o coqueras. Además, cuando tenemos una tipología estructural singular como un pilar con capitel o con una sección especial, los encofrados de madera se adaptan sin ningún problema.
En el caso del empleo para pilares o columnas, los encofrados metálicos suelen estar formados por un bastidor metálico con cara encofrante de madera o chapa, orientado a la ejecución en las cuatro caras (cuadrados o rectangulares) o circulares. Estos paneles se encuentran normalizados, con dimensiones habituales entre los 50 y 100 cm, para permitir el manejo por los operarios y pensados para secciones cuadradas y rectangulares con lados múltiplos de 5 cm. Es posible realizar numerosas puestas (2-20, según el sistema) así como recuperar el sistema para sucesivos ciclos. Para reducir los tiempos de montaje, se simplifica el sistema de sujeción mediante cuña y chaveta, efectuando la unión por disposición a tope de sus planos. La mayor ventaja de estos encofrados es que su rigidez evita el uso de puntales a modo de tornapuntas, aunque en el caso de superar 4 m de altura, o con el fin de facilitar su aplomado, puede ser conveniente utilizarlos.
La secuencia básica de construcción utilizando este tipo de encofrado es la siguiente:
Los encofrados para columnas se ensamblan y posicionan sobre o alrededor de la armadura.
Los encofrados se aseguran y refuerzan adecuadamente mediante puntales.
Se vierte el hormigón en el interior del encofrado.
Una vez que el concreto ha endurecido lo suficiente, se retiran los encofrados y se trasladan a la siguiente posición, ya sea de forma manual o mediante el empleo de una grúa.
En resumen, estos sistemas de encofrado para columnas ofrecen soluciones prácticas y versátiles para la construcción, agilizando el proceso constructivo y garantizando acabados de alta calidad en las estructuras de hormigón.
Como suele ser usual en estas entradas al blog, os dejo a continuación varios vídeos para que podáis ver cómo se ejecuta el montaje de este tipo de elementos auxiliares. Espero que os gusten.
El siguiente vídeo trata de la plataforma para el encofrado de pilares, desde donde el trabajador coloca el hormigón.
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Se está poniendo de moda el concepto “inteligente” para nombrar todo tipo de cosas. Por ejemplo, “smart buildings“, “smart cities“, “smart beach“, “smart tourism destination“, “smart food“, etc. Como siempre, cada vez que se empieza a hacer viral un concepto, al final se acaba por difuminar y perder el sentido original de lo que se quería decir. Este tipo de modas ya han pasado por conceptos tan importantes como “calidad”, “sostenibilidad”, “innovación”, etc. Al final, aplicado a productos o servicios, se menoscaba el significado por culpa del marketing y con ello se quiere atraer al consumidor hacia lo “bueno”, “guay”, “saludable” o similares.
Espero que el término de “construcción inteligente” tenga algo más de recorrido y pueda suponer un punto de inflexión en nuestro sector. Este término presenta, como no podía ser de otra forma, numerosas interpretaciones y tantas más aplicaciones. Es un concepto que se asocia al diseño digital, a las tecnologías de la información y de la comunicación, la inteligencia artificial, al BIM, al Lean Construction, la prefabricación, los drones, la robotización y automatización, a la innovación y a la sostenibilidad, entre otros muchos conceptos.
Uno que me interesa mucho es la asociación con el de los nuevos métodos constructivos (término que incluye nuevos productos y nuevos procedimientos constructivos). Su objetivo es mejorar la eficiencia del negocio, la calidad, la satisfacción del cliente, el desempeño medioambiental, la sostenibilidad y la previsibilidad de los plazos de entrega. Por lo tanto, los métodos modernos de construcción son algo más que un enfoque particular en el producto. Involucran a la gente a buscar mejoras, a través de mejores procesos, en la entrega y ejecución de la construcción.
Sin embargo, y este es un punto crucial, para que se pueda hablar de verdad de “construcción inteligente”, no solo vamos a necesitar incorporar las nuevas tecnologías, sino que también va a ser necesario elaborar un sistema que permita la participación de todas las partes implicadas en el proceso proyecto-construcción, alimentando de información de calidad a este sistema de forma que soporte la toma de decisiones mediante la inteligencia artificial. El BIM puede ser un buen punto de partida para ello, pero se hace necesario integrar la inteligencia colectiva, de forma que, aunque se apoye el sistema de una rigurosa alimentación de datos en tiempo real, el decisor tome sus decisiones asumiendo la responsabilidad última de sus acciones.
Dejo abierto este tema por si alguno de mis estudiantes quieren realizar su Trabajo Fin de Máster, e incluso atreverse a la realización de una tesis doctoral sobre este tema.
Os voy a dejar algunos vídeos relacionados con el tema, algunos os gustarán más que otros, pero es una buena forma de acercarse al concepto de construcción inteligente.
