En una entrada anterior se definieron las cimbras autolanzables. Aquí vamos a clasificar las cimbras atendiendo a diversos criterios como son su ubicación, su sistema de ejecución y la sección del tablero (Figura 1). Se trata, por tanto, de diferenciar las distintas tipologías de autocimbras en función de esta clasificación.
Si atendemos a la ubicación de la autocimbra, ésta se puede clasificar en cimbras autolanzables sobre tablero, bajo tablero o a media altura. En las autocimbras sobre tablero, las vigas longitudinales se colocan por encima del tablero y de ellas cuelgan elementos que soportan las vigas donde se apoya el encofrado (Figura 2). Las autocimbras bajo tablero son las más habituales; aquí las vigas longitudinales principales se sitúan debajo del tablero a construir (Figura 3). Una variante de la cimbra bajo tablero es la situada a media altura; en este caso, las vigas longitudinales se colocan debajo de las alas y próximas a ellas (Figura 4). En este caso el fondo del tablero se encuentra por debajo o a la misma altura de las vigas.
Figura 2. Cimbra autolanzable sobre tablero
Figura 3. Cimbra autolanzable bajo tablero
Figura 4. Cimbra autolanzable a media altura. www.mecanotubo.es
Atendiendo al sistema de ejecución, la cimbra autolanzable propiamente dicha sería la que sirve para hormigonar el tablero «in situ»; es decir, primero se coloca la ferralla y luego se hormigona sobre el encofrado. Sin embargo, también se podrían incluir en esta clasificación aquellas cimbras autolanzables que sirven para colocar tramos prefabricados, bien dovelas o vanos completos. En este caso estaríamos hablando más de un lanzador de vigas o de dovelas que una autocimbra propiamente dicha.
Por último, si atendemos a la sección del tablero, las autocimbras sirven para construir tableros de losa aligerada, cuando las luces de vano están comprendidas entre los 30 y 40 m. El aligeramiento suele ser de poliestireno expandido. Otra opción son las secciones tipo Pi o multinervadas; en este caso no existe encofrado interior, la sección resulta muy ligera, se usa para luces máximas de 35 m. Como inconveniente se puede decir que precisa de grandes cantos para soportar los momentos negativos. La sección en cajón es la opción empleada tanto en cimbras por encima como por debajo del tablero, en luces entre 40 y 80 m. En este caso el encofrado interior complica el desencofrado y el rendimiento.
A continuación os dejo un Polimedia donde se explica con mayor detalle estos aspectos de la clasificación de las autocimbras.
Referencias:
SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.
Viaductos en la nueva autovía de Mascara (Argelia). Imagen: A. Azorín
Una cimbra autolanzable es aquel medio auxiliar empleado para el hormigonado de tableros de puentes o viaductos vano a vano de hormigón postesado. También reciben el nombre de autocimbra, cimbra de avance o cimbra MSS (Movable Scaffolding System, en inglés). Son estructuras auxiliares capaces de trasladarse a lo largo del puente por sus propios medios, por lo que se trata realmente de una cimbra-máquina, con los problemas asociados de cálculo por su movilidad. La cimbra de avance se caracteriza por su capacidad de trasladarse de una posición a la siguiente por sus propios medios, lo cual disminuye el uso de grúas. Ello le permite salvar obstáculos o alturas importantes, así como evitar las posibles obstrucciones en vías de tránsito.
En este post os defino brevemente esta cimbra, pero en sucesivos posts seguiré dando detalles y explicando con mayor profundidad los tipos existentes, elementos, parámetros, etc.
La autocimbra es una estructura en celosía o cajones metálicos longitudinales que soportan el encofrado. Esta estructura es capaz de alcanzar la distancia existente entre las pilas del puente. Si el vano es inferior a 40 m, suelen emplearse vigas de longitud el doble del tramo, no usándose cimbras tipo regla de cálculo. Durante el hormigonado, la estructura se apoya en la pila delantera y en el tramo del tablero ya construido.
El uso habitual de esta cimbra es en tableros de puentes de hormigón postesado, preferentemente con vanos de luces iguales y con canto constante. Su aplicabilidad se encuentra entre luces de 30 y 70 m, aunque la cimbra autolanzable más grande del mundo alcanza vanos de 90 m. Para que os hagáis una idea, la Dirección General de Ferrocarriles, del Ministerio de Fomento, recomienda, con carácter general, usar la autocimbra por encima de 40 m de luz. Sin embargo, también recomienda utilizar la autocimbra en la construcción de tableros hiperestáticos de hormigón que cumplan alguna de las siguientes condiciones: (a) número de vanos entre 3 y 5, (b) cuando la longitud total del puente sea menor a 300 m, pero con 6 vanos o más, (c) cuando la longitud total del puente supere los 300 m, con 6 vanos o más y la altura del tablero respecto al suelo sea de 15 m o menos. En las referencias he dejado dichas recomendaciones completas.
El M1-90-S es la más grande cimbra autolanzable del mundo (vanos de 90 m). http://www.berd.eu/es/produtos/movable-scaffolding-system/
Con carácter general, se puede decir que la autocimbra es rentable cuando el puente tiene más de 7-8 vanos, más de 500 m de luz y se usa al menos cuatro veces. Para secciones de losa aligerada, las luces habituales suelen estar entre 30 y 40 m, mientras que para sección en cajón, se encuentran entre 40 y 70 m. También son rentables en el caso de construir puentes con doble tablero y existe facilidad de trasladar la autocimbra de uno al otro. También es favorable el caso de tener que construir diferentes viaductos de la misma obra si el traslado es factible.
Por otra parte, el procedimiento constructivo suponen esfuerzos que deben considerarse en el cálculo de la estructura. Se coloca la junta de construcción entre fases a una distancia entre L/4 y L/5 de la pila para reducir los flectores sobre el tablero. Además, a unos 2 m de la junta es donde se apoya la autocimbra sobre el tablero hormigonado. Las esbelteces normales del tablero oscilan entre 1/18 y 1/20.
La autocimbra transmite esfuerzos a la fase anterior durante el hormigonado. Se trata de una acción transitoria, no siendo raro que supere las 1000 t durante el hormigonado. Esta acción es como si la ley de flectores de peso propio al construir con autocimbra se desplazara hacia arriba. Sin embargo, al final del proceso constructivo los esfuerzos debidos a peso propio y al pretensado se redistribuyen, de forma que la ley de flectores se aproximará a la que tendría si se hubiese cimbrado el puente de forma convencional. Todo ello significa que las situaciones pésimas de comprobación serán en la sección del tablero en pilas a corto plazo y en la sección de centro de vano a largo plazo.
Todo lo que os he descrito en el artículo os lo cuento en el siguiente Polimedia, que espero os guste. En otras entradas os contaré más detalles de las autocimbras como su clasificación, elementos o parámetros para seleccionarlas.
También os dejo una animación en la que se puede ver el funcionamiento de la autocimbra.
Referencias:
MINISTERIO DE FOMENTO (2009). Recomendaciones de la Subdirección General Adjunta de Planes y Proyectos para el proyecto de sistemas constructivos en puentes ferroviarios de hormigón.
SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.
Proceso de presurización de la membrana de PVC. http://www.tectonica-online.com/productos/1704/hormigon_cupulas/
Las estructuras hinchables pueden utilizarse como un medio auxiliar que sirve como cimbra y encofrado a la hora de construir cúpulas, canales de regadío, depósitos, tubos u otro tipo de estructuras de hormigón. Son estructuras neumáticas que permiten colocar el hormigón de una forma geométricamente eficiente con el objeto de reducir los costes de ejecución. Se trata de utilizar como molde un material flexible, fuerte e impermeabilizado, con formas variadas que son estancos y presentan válvulas para el hinchado y vaciado. El proceso constructivo consiste en inflar el encofrado en su emplazamiento. Tras el hormigonado y posterior endurecimiento, el encofrado se deshincha y se extrae para un uso posterior.
Estos medios neumáticos presentan ventajas como su rápida disponibilidad, buen acabado y pocas juntas de hormigonado, su economía y bajo coste de mantenimiento, poco peso, fácil reparación y poco coste de transporte. Además, no necesita mano de obra especializada y son estructuras provisionales que resisten bien los esfuerzos de tracción y compresión. Sin embargo, hay que tener presente la limitación que supone el empuje del hormigón fresco, lo cual implica una preferencia de uso con elementos de pequeño espesor.
Molde hinchable para alcantarillas. http://spanish.marinerubberairbag.com/sale-10479955-black-color-inflatable-rubber-balloon-environmental-friendly-tunnel-formwork.html
Existen distintas patentes de este procedimiento constructivo. Así, en 1960 Dante Bini ideó el denominado «Método Binishell». Este método consiste en colocar a nivel de suelo la ferralla y se extiende el hormigón con retardadores de fraguado, posteriormente se insufla aire (con una presión entre 2 y 6 kN/m2) y se eleva la membrana junto con el hormigón fresco y las armaduras hasta alcanzar la geometría preestablecida.
Otra patente es el «domo de espuma», donde se rigidiza la forma neumática con espuma de poliuretano (o mortero de arcilla expandida como alternativa) antes de colocar el hormigón y el acero. La espuma garantiza la forma adquirida por el elemento hinchable y sirve como superficie para recibir el hormigón proyectado. El proceso constructivo comienza fijando la membrana de PVC sobre una cimentación y se procede a su presurización. Sobre la membrana se proyecta interiormente la espuma, que rigidiza la membrana, aumenta el aislamiento térmico y disminuye la posibilidad de condensaciones en el interior. A continuación se ferralla y se proyecta hormigón. Este proceso de armado y proyectado se repite en sucesivas capas de 3-4 cm (lo que disminuye las retracciones), hasta la total construcción de la estructura. La membrana queda como acabado exterior, con lo que se garantiza la impermeabilidad. Son estructuras monolíticas cerradas que permiten el depósito de materias primas, agua o gases. Se pueden alcanzar luces de hasta 100 m sin apoyos, por lo que se pueden constituir edificios de uso público como auditorios o polideportivos.
Figura. Construcción de la bóveda de hormigón del Centro Cultural Óscar Niemeyer en Avilés. http://www.tectonica-online.com/productos/1704/hormigon_cupulas/
A continuación podemos ver algunos vídeos que explican esta técnica constructiva.
Referencias:
RIPA, T. (1981). Cúpulas hormigonadas sobre cimbras flexibles infladas.Revista de Obras Públicas, 49-54.
Figura 1. Encofrado de losa premontado Mesa VR de Ulma. https://www.ulmaconstruction.es/es-es/encofrados/encofrados-losas
Los sistemas de encofrados premontados para forjados, denominados encofrados de mesas o mesas encofrantes, son sistemas que permiten construir cualquier tipo de forjado, aunque está especialmente diseñado para la ejecución de losas macizas y forjados aligerados planos de gran dimensión y geometrías regulares y repetitivas. Las mesas encofrantes se componen de una estructura metálica, un tablero o bandeja y unas patas con ruedas orientables que soportan el conjunto. Además, al tratarse de un sistema industrializado, las mesas disponen de todos los elementos de seguridad integrados: barandillas, ganchos, cadenas de fijación, rodapiés, etc.
El uso de materiales como aluminio, acero de alta resistencia, fibra de vidrio, plásticos especiales, entre otros, para diferentes componentes, ha permitido desarrollar unidades livianas que pueden manipularse de manera segura para lograr un sistema de encofrado práctico. Los componentes de los sistemas de encofrado ligero están diseñados para proporcionar soluciones robustas y fáciles de manejar, capaces de adaptarse tanto a áreas de encofrado regulares como irregulares. La reducción del número de componentes diferentes en un sistema de encofrado permite una mayor movilidad y una rápida instalación del encofrado, además de que muchos de estos componentes tienen usos múltiples.
Se trata de una estructura que se monta al inicio de la obra y se traslada, sin desmontar, de una zona otra de la misma. Sirve de apoyo al encofrado —normalmente fenólico— montada sobre un carro que dispone de un mecanismo hidráulico que facilita el desencofrado y el traslado sin necesidad de grúa (Figura 2). Esta disposición evita el montaje y desmontaje de puntales. El sistema de mesa optimiza los tiempos de ejecución al ser su montaje y desencofrado sistemático, rápido y seguro, empleando pocas piezas sueltas y reduciendo la necesidad de mano de obra especializada. Su montaje es sencillo y el desencofrado rápido, al contar con sopandas entre las hileras de las mesas que soportan cada vano. Es habitual su uso en grandes edificios como centros comerciales, hoteles, hospitales, rascacielos, etc.
Figura 2. Carro para desplazamiento horizontal. Imagen: Alsina. http://www.construmatica.com/construpedia/images/2/20/Carro-con-dispositivo-hidr%C3%A1.jpg
Estos equipos pesan entre 500 y 600 kg, por lo que se pueden manejar con grúas convencionales. Es usual un rendimiento para las mesas encofrantes, referido al metro cuadrado de encofrado y operario, de 10 a 15 minutos, lo cual contrasta con las 3-4 horas necesarias cuando el apuntamiento es vertical con puntales de madera, las 1,5-3 horas con puntales telescópicos o 0,5-1 horas con puntales regulables arriostrados.
Los componentes de un encofrado premontado se pueden ver en la Figura 3. Se trata del despiece de componentes de la Mesa VR de ULMA.
Figura 3. Componentes de un encofrado de losa premontado Mesa VR, de ULMA. https://www.ulmaconstruction.es/es-es/encofrados/encofrados-losas/encofrado-losa-premontado-mesa-vr
La secuencia básica de construcción utilizando este tipo de encofrado es la siguiente:
Se ensamblan el apeo y los paneles de entablado en el suelo o en una losa existente para formar el piso que se va a verter; las juntas en el entablado se sellan.
Se coloca el refuerzo.
Se vierte y cura el hormigón.
Una vez retirado el encofrado, el sistema se desmonta en componentes individuales.
Los componentes se trasladan manualmente y se vuelven a ensamblar en el siguiente nivel o posición, lo que facilita la eficiencia y agilidad en el proceso constructivo.
A continuación os dejo unos vídeos sobre este tipo de encofrado que espero sean de vuestro interés.
Referencias:
PEURIFOY, R.L. (1967). Encofrados para estructuras de hormigón. McGraw-Hill y Ediciones Castillo, Madrid, 344 pp.
RICOUARD, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.
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.
