febrero 2024 – El blog de Víctor Yepes

Toma de decisiones sobre infraestructuras viarias sostenibles: NSGA-II con operadores de reparación para optimización multiobjetivo

Acaban de publicarnos un artículo en Mathematics, revista indexada en el primer decil del JCR. El trabajo trata sobre la toma de decisiones en infraestructuras viales sostenibles. Para ello se utiliza una variante personalizada de la técnica NSGA-II con operadores de reparación para una optimización multiobjetivo. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El documento propone un enfoque novedoso que combina la optimización multiobjetivo (MOO) con técnicas de toma de decisiones basadas en criterios múltiples (MCDM) para el diseño y la selección de estructuras modulares prefabricadas de hormigón armado (RCPMF) en infraestructuras viales, con un enfoque en la sostenibilidad. El estudio evalúa la eficacia de tres operadores de reparación a la hora de optimizar los objetivos económicos, ambientales y sociales, y utiliza algoritmos personalizados y un análisis del ciclo de vida (LCA) para una evaluación precisa. Los resultados muestran que el operador de reparaciones basado en estadísticas ofrece soluciones con un menor impacto en todas las dimensiones y demuestra una variabilidad mínima, lo que lo convierte en el más adecuado para cumplir con los requisitos de diseño del RCPMF.

Las contribuciones más importantes de este trabajo son las siguientes:

El documento presenta un enfoque novedoso que combina la optimización multiobjetivo (MOO) con técnicas de toma de decisiones basadas en criterios múltiples (MCDM) para el diseño y la selección de estructuras modulares prefabricadas de hormigón armado (RCPMF) en infraestructuras viales, con un enfoque en la sostenibilidad.
El estudio evalúa la eficacia de tres operadores de reparación (basados en estadísticas, aleatorios y de proximidad) a la hora de optimizar los objetivos económicos, ambientales y sociales.
El artículo presenta una versión personalizada del algoritmo NSGA-II (NSGA-II) de clasificación no dominada, complementada con un análisis detallado del ciclo de vida (LCA), para facilitar la evaluación precisa de las funciones objetivas.
El artículo demuestra el uso de dos técnicas de MCDM, a saber, la ponderación aditiva simple (SAW) y (FUCA), para puntuar y clasificar las soluciones MOO.
La investigación proporciona una estrategia clara y metódica para integrar el MOO y el MCDM, formando un marco coherente para la implementación práctica en contextos de ingeniería complejos.
El estudio destaca la importancia de tener en cuenta los principios de sostenibilidad desde la fase de diseño y de emplear las técnicas de MOO para encontrar soluciones equilibradas y óptimas en la ingeniería civil.

Abstract:

Integrating sustainability principles into the structural design and decision-making processes for transportation infrastructure, particularly concerning reinforced concrete precast modular frames (RCPMF), is recognized as crucial for ensuring environmentally responsible, economically feasible, and socially beneficial outcomes. In this study, this challenge is addressed, with the significance of sustainable development in modern engineering practices being underscored. A novel approach, which combines multi-objective optimization (MOO) with multi-criteria decision-making (MCDM) techniques, is proposed, tailored specifically for the design and selection of RCPMF. The effectiveness of three repair operators—statistical-based, random, and proximity based—in optimizing economic, environmental, and social objectives is evaluated. Precise evaluation of objective functions is facilitated by a customized Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) algorithm, complemented by a detailed life cycle analysis (LCA). The utilization of simple additive weighting (SAW) and fair un choix adéquat (FUCA) methods for the scoring and ranking of the MOO solutions has revealed that notable excellence in meeting the RCPMF design requirements is exhibited by the statistical-based repair operator, which offers solutions with lower impacts across all dimensions and demonstrates minimal variability. MCDM techniques produced similar rankings, with slight score variations and a significant correlation of 0.9816, showcasing their consistent evaluation capacity despite distinct operational methodologies.

Keywords:

Multi-objective optimization; multi-criteria decision-making; modular structure; life cycle sustainability; NSGA-II; simple additive weighting; fair un choix adéquat.

Reference:

RUIZ-VÉLEZ, A.; GARCÍA, J.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Sustainable Road Infrastructure Decision-Making: Custom NSGA-II with Repair Operators for Multi-objective Optimization. Mathematics, 12(5):730. DOI:10.3390/math12050730

Os paso el artículo para su descarga, pues se ha publicado en abierto:

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Modelo para estimar el coste del ciclo de vida de las baterías de NiZn

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Sustainability, revista indexada en el JCR. El documento presenta un análisis exhaustivo del costo del ciclo de vida (LCC) de las baterías recargables de níquel-zinc (RNZB) y lo compara con otras tecnologías de baterías, como las baterías de plomo-ácido, LFP de iones de litio y NMC, en términos de costo, seguridad, rendimiento e impacto ambiental. El estudio concluye que las baterías de NiZn, en particular las de formulación de NiZn, son la opción más barata durante todo su ciclo de vida, con el menor costo por unidad de energía liberada. El documento también destaca la necesidad de obtener más datos sobre las baterías de níquel-zinc. Estas aún se encuentran en la fase de investigación y desarrollo, y recomienda considerar factores como la ubicación de la infraestructura, el costo de la maquinaria, el almacenamiento, los proveedores de materias primas, el transporte y la recuperación del material para reducir aún más los costos. El modelo de costos del ciclo de vida propuesto puede aplicarse a otras tecnologías de almacenamiento de energía y utilizarse con fines de optimización.

Las contribuciones más importantes de este trabajo son las siguientes:

El documento establece modelos matemáticos para estimar el costo del ciclo de vida de las baterías recargables de níquel-zinc (RNZB) y aplica estos modelos para comparar el costo de las RNZB con el de otras tecnologías avanzadas de baterías para aplicaciones estacionarias.
El estudio proporciona un análisis exhaustivo y sistemático de los RNZB, teniendo en cuenta factores como la seguridad, el rendimiento, el impacto ambiental y el costo. Se concluye que las baterías de NiZn, en particular las de formulación de NiZn, son la opción más barata durante todo su ciclo de vida, con el menor coste por unidad de energía liberada.
El modelo de costos del ciclo de vida sugerido se puede utilizar como una función objetiva para optimizar el costo y el impacto ambiental de las baterías de NiZn. También sugiere considerar varios factores, como la ubicación de la infraestructura, el costo de la maquinaria, el almacenamiento, los proveedores de materias primas, el transporte y la recuperación del material, para reducir aún más los costos a lo largo del ciclo de vida de la batería.
Los modelos establecidos en este documento se pueden aplicar para estimar el costo del ciclo de vida y el impacto ambiental de cualquier nueva tecnología de almacenamiento de energía, proporcionando un marco para la investigación y el desarrollo futuros en el campo del almacenamiento de energía.

Abstract:

The increasing demand for electricity and the electrification of various sectors require more efficient and sustainable energy storage solutions. This paper focuses on the novel rechargeable nickel–zinc battery (RNZB) technology, which can potentially replace the conventional nickel–cadmium battery (NiCd), in terms of safety, performance, environmental impact, and cost. The paper aims to provide a comprehensive and systematic analysis of RNZBs by modeling their lifecycle cost (LCC) from cradle to grave. This paper also applies this LCC model to estimate costs along the RNZB’s lifecycle in both cases: per kilogram of battery mass and per kilowatt hour of energy released. This model is shown to be reliable by comparing its results with costs provided by recognized software used for LCC analysis. A comparison of LCCs for three widely used battery technologies: lead–acid, Li-ion LFP, and NMC batteries, which can be market competitors of NiZn, is also provided. The study concludes that the NiZn battery was the cheapest throughout its entire lifecycle, with NiZn Formulation 1 being the cheapest option. The cost per unit of energy released was also found to be the lowest for NiZn batteries. The current research pain points are data availability for nickel–zinc batteries, which are in the research and development phase. In contrast, other battery types are already widely used in energy storage. This paper recommends considering the location factor of infrastructures, cost of machinery, storage, number of suppliers of raw materials, amount of materials transported in each shipment, and the value of materials recovered after the battery recycling process to further reduce costs throughout the battery’s lifecycle. This LCC model can also be used for other energy storage technologies and serve as objective functions for optimization in further developments.

Keywords:

Sustainable energy; nickel–zinc battery; nickel–cadmium battery; lifecycle cost modeling; battery technologies

Reference:

MALVIYA, A.K.; ZAREHPARAST MALEKZADEH, M.; SANTARREMIGIA, F.E.; MOLERO, G.D.; VILLALBA-SANCHIS, I.; YEPES, V. (2024). A formulation model for computation to estimate the Life Cycle Cost of NiZn Batteries. Sustainability, 16(5):1965. DOI:10.3390/su16051965

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Special Issue: “Energy Efficiency and Innovative Material Application in Sustainable Buildings”

Sustainability (ISSN: 2071-1050) is an international, peer-reviewed, open-access journal on environmental, cultural, economic, and social sustainability of human beings, published semimonthly online by MDPI.

Open Access— free for readers, with article processing charges (APC) paid by authors or their institutions.
High Visibility: indexed within Scopus, SCIE and SSCI (Web of Science), GEOBASE, GeoRef, Inspec, AGRIS, RePEc, CAPlus / SciFinder, and other databases.
Journal Rank: JCR — Q2 (Environmental Studies) / CiteScore — Q1 (Geography, Planning and Development)
Rapid Publication: manuscripts are peer-reviewed, and a first decision is provided to authors approximately 18.8 days after submission; acceptance to publication is undertaken in 3.6 days (median values for papers published in this journal in the second half of 2023).
Recognition of Reviewers: reviewers who provide timely, thorough peer-review reports receive vouchers entitling them to a discount on the APC of their next publication in any MDPI journal in appreciation of the work done.
Testimonials: See what our editors and authors say about Sustainability.
Companion journals for Sustainability include World, Sustainable Chemistry, Conservation, Future Transportation, Architecture, Standards, Merits and Wind.

Impact Factor: 3.9 (2022); 5-Year Impact Factor: 4.0 (2022)

Special Issue “Energy Efficiency and Innovative Material Application in Sustainable Buildings”

Deadline for manuscript submissions: 31 October 2024

Special Issue Editors

Prof. Dr. Víctor Yepes

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Guest Editor

Construction Engineering Department, Universitat Politècnica de València, 46022 Valencia, Spain
Interests: multi-objective optimization; structure optimization; lifecycle assessment; social sustainability of infrastructures; reliability-based maintenance optimization; optimization and decision-making under uncertainty
Special Issues, Collections and Topics in MDPI journals

Prof. Lorena Yepes-Bellver E-Mail Website
Guest Editor

Mechanics of Continuous Media and Theory of Structures Department, Universitat Politècnica de València, 46022 Valencia, Spain
Interests: multi-objective optimization; structure optimization; lifecycle assessment; social sustainability of infrastructures; metamodels

Special Issue Information

Dear Colleagues:

The Special Issue “Energy Efficiency and Innovative Material Application in Sustainable Buildings” focuses on advancing energy-efficient practices and novel materials in construction, crucial for global sustainability. Buildings account for significant energy use and carbon emissions, necessitating innovations to enhance efficiency and reduce environmental impact. This Special Issue aims to facilitate interdisciplinary dialogue and to highlight cutting-edge research in sustainable architecture and engineering. Aligned with the journal’s scope, it seeks to inspire professionals while promoting sustainable design and construction excellence. Key themes include energy-efficient design, innovative materials, intelligent building technologies, lifecycle assessment, and case studies illustrating best practices. Through these avenues, this Special Issue aims to contribute to a more sustainable and resilient built environment, addressing critical challenges and fostering progress towards a greener future.

In this Special Issue, original research articles and reviews are welcome. Research areas may include (but are not limited to) the following:

Energy-Efficient Building Design and Retrofitting;
Nanotechnology Applications for Energy-Efficient Building Materials;
Integration of Renewable Energy Systems in Urban Buildings;
Sustainable Concrete Solutions for Green Construction;
Emerging Trends in Energy-Efficient HVAC Systems;
Smart Building Systems and Technologies ;
Circular Economy Approaches in Building Material Management;
The Role of Artificial Intelligence in Optimizing Building Energy Performance;
Innovations in Daylighting and Natural Ventilation Strategies;
Net-Zero Energy Building Case Studies: Lessons Learned and Future Directions;
Case Studies and Best Practices;
Regenerative Design in Architecture and Construction.

We look forward to receiving your contributions.

Prof. Dr. Víctor Yepes

Prof. Lorena Yepes-Bellver

Guest Editors

Manuscript Submission Information

Manuscripts should be submitted online at www.mdpi.com by registering and logging in to this website. Once you are registered, click here to go to the submission form. Manuscripts can be submitted until the deadline. All submissions that pass pre-check are peer-reviewed. Accepted papers will be published continuously in the journal (as soon as accepted) and will be listed together on the special issue website. Research articles, review articles as well as short communications are invited. For planned papers, a title and short abstract (about 100 words) can be sent to the Editorial Office for announcement on this website.

Submitted manuscripts should not have been published previously nor be under consideration for publication elsewhere (except conference proceedings papers). All manuscripts are thoroughly refereed through a single-blind peer-review process. A guide for authors and other relevant information for submission of manuscripts is available on the Instructions for Authors page. Sustainability is an international peer-reviewed open-access semimonthly journal published by MDPI.

Please visit the Instructions for Authors page before submitting a manuscript. The Article Processing Charge (APC) for publication in this open-access journal is 2400 CHF (Swiss Francs). Submitted papers should be well formatted and use good English. Authors may use MDPI’s English editing service prior to publication or during author revisions.

Keywords

energy efficiency
innovative materials
sustainable buildings
smart buildings
green construction
circular economy

Encofrados flexibles modulares

Figura 1. Encofrado flexible para muros. Fuente: https://www.infoconstruccion.es/productos/20141103/syflex-el-encofrado-flexible-para-muros-rectos-y-curvos

En la actualidad, se demanda un mayor nivel de exigencia en las formas del hormigón. En este contexto, el encofrado con curvaturas suele plantear un fuerte desafío. La utilización de sistemas de encofrado convencionales para estas tareas resulta laboriosa, costosa y poco adaptable. La manipulación de los voluminosos y pesados tableros de madera consume tiempo y obstaculiza el progreso de los trabajos; por otro lado, el empleo de encofrados especiales implica un coste elevado.

El sistema de encofrado modular flexible ofrece una solución de manejo sencillo, ya que su peso equivale solo a un tercio del de un encofrado de madera similar. Además, se puede montar en poco tiempo y sin necesidad de equipos elevadores. Este sistema permite encofrar rectas, curvaturas y ángulos con un esfuerzo mínimo, y además es reutilizable en múltiples ocasiones (Figura 1).

El sistema de encofrados flexibles y modulares se diseña para estructuras de hormigón con formas curvas u orgánicas. Estos encofrados se componen de paneles de un textil plástico que incluye filamentos de PVC y poliéster o fibra de vidrio, junto con una estructura interna articulada de PVC. El proceso de instalación y uso es sencillo: solo se necesitan insertar los puntos de anclaje o “puntos guía” en los paneles siguiendo la geometría deseada. Son soluciones prácticas, pues son resistentes y reutilizables. Además, contribuye a reducir el desperdicio de materiales generado por la creación de encofrados personalizados para estructuras de hormigón especiales.

Figura 2. Encofrado flexible. Fuente: https://www.isoplam.es/es/encofrado-flexible.php

En el vídeo siguiente se puede ver, paso a paso, la instalación de un encofrado flexible.

A continuación dejo un folleto explicativo de este sistema.

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Referencias:

AFECI (2021). Guía sobre encofrados y cimbras. 3ª edición, Asociación de fabricantes de encofrados y cimbras, 76 pp.

ANDECE (2020). Guía técnica. Elementos prefabricados de hormigón para obras de ingeniería civil, 86 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

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.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

YEPES, V. (2024). Estructuras auxiliares en la construcción: Andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 408 pp. Ref. 477. ISBN: 978-84-1396-238-2

Cursos:

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

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Encofrados flexibles textiles

Figura 1. Casa Pascual de Juan en La Moraleja, (Madrid), obra de Miguel Fisac. Fuente: https://arquitecturaviva.com/obras/casa-pascual-de-juan-en-la-moraleja-madrid

En los encofrados flexibles, el hormigón se confina mediante una combinación de elementos rígidos de soporte y una membrana que únicamente resiste tracciones. Mediante la fijación de un material textil sobre un soporte de madera, el hormigón vertido adopta la forma preestablecida por el material. Así, al recibir el hormigón fresco, la membrana la contiene y adopta una forma gravitacional.

En este contexto, lo particular de esta tecnología radica en el uso de una tela que puede resistir el hormigón hasta que este complete su curado. En la actualidad, en el mercado de la construcción, se encuentran disponibles los geotextiles, los cuales poseen alta resistencia y coste competitivo, convirtiéndolos en una opción para emplearse como encofrados flexibles. Estos textiles se distinguen además por su ligereza y su reducido volumen, lo que los hace adecuados emplearse en proyectos que requieran largos desplazamientos.

Al reemplazar los tradicionales encofrados prismáticos con un material flexible compuesto por láminas textiles de alta resistencia y bajo costo, es posible aprovechar la fluidez del hormigón para construir formas altamente optimizadas y de interés arquitectónico.

A partir de finales de la década de 1960, Miguel Fisac empleó los encofrados flexibles sujetos con elementos que alteran su superficie, moldea el hormigón, el cual al fraguar adquiere una apariencia lisa con una textura singular. Esta técnica encuentra aplicación especialmente en las fachadas de numerosos edificios. El material, que evoluciona en formas y acabados con el tiempo, se convierte desde entonces en un elemento distintivo y destacado que define su identidad arquitectónica. Este tipo de encofrado proporciona al hormigón una apariencia redondeada y suave, evocando la sensación de un material aún fluido.

Los encofrados textiles permiten obtener estructuras que requieren hasta un 40% menos de hormigón que una sección prismática equivalente, lo que representa un ahorro notable en términos de sostenibilidad. Existen áreas prometedoras para futuros desarrollos, tales como modelos informáticos de cálculo, el uso de textiles avanzados como encofrados colaborativos, el pretensado y la implementación de estructuras aligeradas con huecos.

En el vídeo que podéis ver a continuación vemos una forma innovadora de usar este tipo de encofrados.

Os dejo a continuación un par de documentos de interés sobre este tipo de encofrados.

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Referencias:

AFECI (2021). Guía sobre encofrados y cimbras. 3ª edición, Asociación de fabricantes de encofrados y cimbras, 76 pp.

ANDECE (2020). Guía técnica. Elementos prefabricados de hormigón para obras de ingeniería civil, 86 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

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.

Cursos:

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

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Encofrados para forjados de viguetas y losas de edificación

Figura 1. Encofrado de viga plana. Fuente: https://enriquealario.com/ejecucion-de-forjados-unidireccionales/

Los tramos de forjados, ubicados entre vigas o muros, pueden encofrarse con madera según el sistema tradicional, lo que genera una plataforma plana sobre la cual se pueden disponer todos los elementos constitutivos del forjado (como viguetas y bovedillas), permitiendo trabajar con total seguridad y evitar caídas.

Los forjados se hormigonan simultáneamente con las vigas que los sostienen. Dado que el proceso de encofrado de ambos componentes es laborioso, en las estructuras de edificación en España, donde las luces de vigas no son muy amplias (entre 4 y 6 m), se ha optado por el uso de vigas planas de hormigón. Estas vigas tienen el mismo espesor que el forjado, poseen más armadura y son más anchas que las vigas de cuelgue, pero el ahorro en el encofrado al prescindir de costeros compensa estas diferencias. De esta manera, la plataforma proporciona el soporte para las vigas y el forjado. En el caso de losas macizas de hormigón, el encofrado también conforma una plataforma plana.

Si el forjado consiste en viguetas prefabricadas y bovedillas, es posible encofrar únicamente las vigas (Figura 1). Posteriormente, se instalan las viguetas (apoyadas en sus dos extremos sobre los encofrados de las vigas), las bovedillas y las armaduras, y luego se procede a hormigonar todo el conjunto simultáneamente. Las viguetas, que tienen cierta capacidad portante, pueden requerir una o dos sopandas intermedias, dependiendo de la luz que se deba cubrir, para soportar el peso del hormigón fresco y demás cargas constructivas sobre ellas.

Para prevenir la posibilidad de que los operarios caigan accidentalmente al pisar una bovedilla y esta se rompa, es necesario colocar redes horizontales entre los encofrados de las vigas, las cuales se anclan a los puntales (Figura 2).

Figura 2. Sistema de red de seguridad bajo forjado. Fuente: https://proteccionescolectivas.lineaprevencion.com/protecciones-colectivas/sistemas-de-redes-de-seguridad/red-bajo-forjado-sistema-a

Se está abandonando este método debido a los costos asociados con la instalación de las redes entre los puntales, además de que los modernos sistemas de encofrado para forjados y losas ofrecen un montaje rápido y una plataforma de trabajo más segura y cómoda. Estos sistemas incluyen puntales metálicos telescópicos, portasopandas y sopandas metálicas, así como tableros. Permiten encofrar grandes áreas horizontales de manera rápida y completa, evitando huecos, por lo que a menudo se les conoce como encofrados completos, continuos o cuajados (Figura 3). Estos sistemas continuos varían dependiendo de si se trata de encofrar forjados con viguetas prefabricadas, losas macizas o forjados reticulares.

Figura 3. Sistema de encofrado continuo para forjados. Fuente: https://www.construmatica.com/construpedia/Archivo:Puntal_A3_Alsina.jpg

El montaje del sistema empieza junto a un muro o un pilar ya hormigonados, los cuales proporcionan la estabilidad lateral requerida. Se instalan las portasopandas sobre puntales, aproximadamente cada 2 m. Entre los puntales y las sopandas, se colocan las portasopandas en dirección transversal, como se muestra en la Figura 4. Estas portasopandas están diseñadas para delimitar la separación entre las sopandas, disponiendo de guías en su cara superior a diferentes distancias para encajarlas correctamente.

Figura 4. Montaje del sistema de encofrado continuo para forjados. Fuente: https://www.construmatica.com/construpedia/Archivo:Alumecano2.jpg

La separación entre las sopandas puede ser cada metro si se utilizan tableros de 1 o 2 m de longitud (si se coloca una sopanda en el centro). Es la separación habitual para encofrar losas macizas de menos de 25 cm de canto y forjados unidireccionales. La separación es cada 66 cm si se utilizan tableros de 2 m y se colocan dos sopandas intermedias. Es la distancia necesaria para encofrar losas macizas de más de 25 cm de canto por su considerable peso propio.

La separación entre las sopandas puede ser de un metro si se emplean tableros de 1 m de longitud, o bien de 2 m si se posiciona una sopanda en el centro. Es la distancia usual para encofrar losas macizas con un espesor de menos de 25 cm y forjados unidireccionales. Por otro lado, la separación es de 67 cm con tableros de 2 m, instalando dos sopandas intermedias. Este caso es habitual para losas macizas con un espesor superior a 25 cm. En la Figura 5 se pueden observar ambos casos.

Figura 5. Separación entre sopandas. Fuente: http://www.baygar.com/pdf/1392056978_kSAX.pdf

Las sopandas pueden ser de tres tipos:

Principales: Se disponen a intervalos de 1 o 2 m, perpendiculares a las vigas. Suelen tener una sección en T invertida, para que los extremos de los tableros descansen sobre las alas laterales, alineadas con la parte central de la sopanda, que entra en contacto con el hormigón para servir de apoyo a las vigas o la losa.
Intermedias: Se sitúan entre las sopandas principales, debajo de los tableros de 2 m, con el objetivo de dividir su extensión entre los apoyos a la mitad o a la tercera parte.
Transversales: Se utilizan en el encofrado de un forjado unidireccional, colocándolas entre los tableros y en dirección perpendicular a las viguetas, para reforzarlas en uno o varios puntos a lo largo de su vano.

Los sistemas de encofrado difieren entre fabricantes. Es importante examinar el diseño de las piezas para recuperar la mayor cantidad de material de encofrado lo más pronto posible sin comprometer la estabilidad del forjado, la losa o las vigas prematuramente. A partir del tercer día tras el hormigonado, se pueden retirar los tableros. Esto se logra recuperando las portasopandas, las sopandas intermedias y sus respectivos puntales.

Para encofrar losas de hormigón visto y evitar las marcas de las juntas entre los elementos en la cara inferior, es común utilizar tableros fenólicos dispuestos de forma contigua y sujetados sobre sopandas de madera, vigas trianguladas o de doble T. Este método también requiere el uso de portasopandas.

Cuando la altura para apuntalar el encofrado supera la que alcanzan los puntales telescópicos (5 o 6 m), se recurre a cimbras. Por razones de seguridad, ya no se emplean dos o tres niveles de puntales arriostrados horizontalmente con tablones intercalados entre ellos, práctica conocida como contra-andamio. La prohibición de los contraandamios o el doble apuntalamiento se menciona explícitamente en la NTP 719. Aunque esta norma no es obligatoria, proviene de una institución de gran prestigio.

A continuación os dejo algunos vídeos respecto a este sistema. Observad que, en algunos casos, hay deficiencias de seguridad en los operarios que están trabajando.

Os dejo también un manual de montaje para el uso. Espero que os sea de interés.

Descargar (PDF, 5.98MB)

Referencias:

AFECI (2021). Guía sobre encofrados y cimbras. 3ª edición, Asociación de fabricantes de encofrados y cimbras, 76 pp.

ANDECE (2020). Guía técnica. Elementos prefabricados de hormigón para obras de ingeniería civil, 86 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

MEDINA, E. (2014). Construcción de estructuras de hormigón armado en edificación. 3ª edición, Biblioteca Técnica Universitaria, Bellisco Ediciones, Madrid, 502 pp.

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.

Cursos:

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

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Encofrados para vigas

Figura 1. Fuente: https://issuu.com/alessandra13791379/

Una vez retirados los encofrados de los pilares y muros, se procede con el encofrado de las vigas. En edificación, estas vigas pueden ser planas o colgadas, en función de si el canto es el mismo o mayor al del forjado correspondiente, o vigas de borde del forjado. En la Figura 1 se presenta el encofrado tradicional de madera de una viga de cuelgue. Durante muchos años, este sistema ha sido ampliamente utilizado y todavía hoy en día se emplea en obras pequeñas o cuando la geometría de la estructura no permite la aplicación de sistemas más modernos. No obstante, se describe a continuación sus características y procedimiento constructivo.

Se empieza instalando los puntales o pies derechos que sustentarán el encofrado. Estos se ajustan a nivel con el suelo mediante cuñas de madera. Es fundamental evitar el uso de piedras, cartón u otros materiales débiles, ya que podrían ceder bajo la carga que deben soportar. Normalmente, la distancia entre estos pies derechos es, como máximo, de 90 cm, aunque la separación depende de la resistencia a la flexión y la fecha admisible de las tablas que constituyen los fondos o por la capacidad de carga de los puntales. Estos puntales también podrían ir conectados con riostras laterales. No se aconseja que estos pies derechos estén formados por piezas de madera empalmadas.

Figura 2. Encofrado de viga de borde. Fuente: https://www.ingecivil.net/2020/12/28/elementos-de-hormigon-armado-construccion/encofrado-viga-de-borde/

Las sopandas que soportan el fondo suelen colocarse de forma horizontal para garantizar la estabilidad de los puntales, a pesar de que si estuvieran de canto mejorarían su resistencia a flexión. Además, los tableros se clavan y se apoyan de manera más eficaz sobre los tablones en esta posición. La limitación en cuanto a su capacidad para resistir los esfuerzos de flexión se resuelve agregando más puntales.

El fondo de la viga generalmente se forma con tablas cepilladas de unos 5 cm de espesor y con el ancho que requiera la viga. Este fondo debe estar recortado entre los dos largueros para facilitar su desmontaje, el cual se realiza en dos etapas. En la primera fase, al día siguiente del vertido del hormigón, se eliminan los largueros, riostras, tablones de apoyo y travesaños, manteniendo los puntales, caballetes y fondos hasta que el hormigón adquiera la resistencia mínima necesaria para soportar las cargas previstas.

Los tablones o tableros de los costados, que sirven para dar forma a la sección de la viga, cuentan con espaciadores de madera y pasadores de alambre para garantizar que el ancho de la viga se mantiene durante el hormigonado.

Las cabezas de los pilares se rodean con un collarín compuesto por cuatro tablas, con el fin de igualar el nivel final de la viga o el forjado, ya que se deja un espacio de aproximadamente 5 cm debajo del hormigón del pilar para evitar interferencias con la colocación de las armaduras de la viga.

En la Figura 2 se muestra el encofrado de una viga de borde. Las vigas y el forjado se hormigonan simultáneamente. Sobre los largueros de las vigas se disponen unos tablones horizontales que sirven de soporte para los extremos de las viguetas, a menudo denominados “barberos”, ya que también actúan como parte del fondo del encofrado para el hormigón que rodea dichos extremos de vigueta.

Los tableros de madera monocapa han empezado a sustituir a los tablones para los fondos del encofrado. Para esto, en lugar de cabeceros, se deben colocar dos sopandas (tablones de madera utilizados como vigas y sostenidos por una fila de puntales) a lo largo de toda la viga. Sobre estas sopandas se fijan los tableros en fila, que sobresalen por los laterales, y luego se montan los costeros encima. Sin embargo, esta disposición dificulta el desmontaje de los costeros. Es esencial recuperar los tableros y la mayor parte de la madera lo más pronto posible para su reutilización.

Una solución simple consiste en intercalar tablas entre cada dos o tres tableros. De este modo, al desmontar el encofrado de la viga, se recupera todo el material, excepto las tablas intercaladas, que se dejan para apuntalar la viga. Se utiliza un puntal que se reposiciona en el centro de cada tabla hasta que el hormigón alcance su resistencia adecuada.

Figura Fuente: https://www.maquiobras.com/htm/es/prod2/control?zone=pub&sec=prod2&pag=ver&loc=es&idSec=1&id=9

Los sistemas actuales reemplazan los tablones con sopandas metálicas o tubos de acero de sección cuadrada o rectangular. Estos suelen incluir una tira de madera en su parte superior para clavar los tableros. Otros modelos presentan guías metálicas que aseguran los tableros para evitar desplazamientos. Este sistema de encofrado, conformado por tableros, sopandas metálicas y puntales, no solo se utilizan en vigas, sino en forjados completos.

El encofrado metálico para vigas de cuelgue ofrece un montaje sencillo y resuelve los desafíos asociados al uso de madera y encofrados no recuperables para vigas. Está compuesto por elementos fabricados con un marco de acero reforzado y una superficie fenólica para encofrar. Con este sistema, se facilita un proceso de encofrado de vigas organizado, seguro y rentable, diseñado específicamente para reducir el tiempo y mejorar la calidad del trabajo de encofrado y desencofrado de las vigas.

Figura Viga de cuelgue modular. Fuente: https://www.alsina.com/es/sistema-de-viga-de-cuelgue-modular-de-alsina/

Estos encofrados modulares se manipulan fácilmente por los operarios (peso más grande del panel es de 18 kg), soportando hasta 25 kN/m². Además, el sistema contempla el apuntalamiento necesario para realizar desencofrados parciales sin afectar los puntales que sostienen la estructura hasta que alcance su resistencia total. Esto permite no solo recuperar los laterales y parte de los fondos de las vigas, sino también incluye consolas para el vaciado de la estructura. Esto facilita que los operarios trabajen cómoda y seguramente, sin la necesidad de agacharse o colgarse, manteniendo una postura ergonómica adecuada.

Os paso a continuación un par de vídeos de encofrados modulares para vigas de cuelgue y un folleto explicativo. Espero que os sean de interés.

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Referencias:

AFECI (2021). Guía sobre encofrados y cimbras. 3ª edición, Asociación de fabricantes de encofrados y cimbras, 76 pp.

ANDECE (2020). Guía técnica. Elementos prefabricados de hormigón para obras de ingeniería civil, 86 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

MEDINA, E. (2014). Construcción de estructuras de hormigón armado en edificación. 3ª edición, Biblioteca Técnica Universitaria, Bellisco Ediciones, Madrid, 502 pp.

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.

Cursos:

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

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Encofrado de cimentaciones

Figura 1. Encofrado de madera para zapata. Fuente: https://fotos.habitissimo.es/foto/encofrado-cimentacion_176457

Generalmente, las cimentaciones se hormigonan directamente contra el terreno, sin necesidad de encofrarlas. Sin embargo, cuando el terreno es blando y las paredes de las zanjas o pozos tienden a desmoronarse, formando taludes naturales de hasta 45º, es necesario encofrar para mantener la geometría de la cimentación y evitar un desperdicio excesivo de hormigón (Figura 1). Aunque el coste del encofrado pueda parecer elevado, puede compensarse con el ahorro en la cantidad de hormigón utilizado.

Si el terreno es lo suficientemente firme como para mantener una excavación con paredes verticales, pero la cimentación queda ligeramente elevada sobre el nivel del terreno, será necesario utilizar tableros para compensar esta diferencia de altura. Para este tipo de encofrado, los tableros se colocarán junto con sus barras de hinca para fijarlos al terreno. Además, para compensar el desplazamiento del encofrado ante la presión del hormigón, la distancia “a” debe ser ligeramente inferior a la “b”, según la Figura 2.

Figura 2. Encofrado para cimentación elevada sobre el terreno

Con terreno rocoso, a veces resulta más económico utilizar encofrado para la cimentación. En estos casos, suele ser rentable vaciar hasta la cota de asiento de la cimentación (ya sea mediante voladuras o con martillos hidráulicos) y luego encofrar sobre este nivel, en lugar de verter solo hasta la cota superior de la cimentación y posteriormente excavar en la roca cada una de ellas.

En la mayoría de los casos, se recurre al encofrado tradicional realizado completamente en madera. Inicialmente, se construye el entablado para contener el hormigón, fijando tablas a las costillas, llamadas costales o costeros (Figura 3). La alineación longitudinal del tablero se asegura mediante las carreras, ya que las tablas carecen de la rigidez necesaria. Los encofrados de ambas caras de la zapata continua, comúnmente conocidos como costeros, se nivelan utilizando tornapuntas. En la actualidad, la superficie entablada que entra en contacto con el hormigón se compone de tableros de madera monocapa o tricapa de dimensiones estándar de 1,00 x 0,50 m y 2,00 x 0,50 m, en lugar de tablas individuales, cuya colocación resulta laboriosa. Los elementos restantes, como costillas y carreras, continúan fabricándose con tablones y tabloncillos.

Figura 3. Encofrado de cimentaciones por el sistema tradicional en madera. Fuente: https://esn-d.techinfus.com/fundament/opalubka/

Para contrarrestar la presión del hormigón fresco, se instalan tirantes o latiguillos que unen los dos costeros. Dado que la altura del encofrado es limitada y, por ende, la presión también lo es, es suficiente utilizar alambres tensados por torsión para atirantar. La separación entre los costeros se mantiene mediante codales, los cuales se ajustan a medida que se vierten las sucesivas capas de hormigón. Para sujetar los tableros enfrentados frente a la presión del hormigón, se utilizan unos latiguillos. Se trata de una varilla corrugada de unos 6 a 8 mm de diámetro que atraviesa todo el encofrado, colocando en los extremos una rana o perrillo haciendo de tope. Las ranas se fijan a la varilla mediante unos dientes que imposibilitan su desplazamiento. Para recuperar la varilla, esta puede alojarse en un tubo plástico o bien colocarse por el exterior y con la varilla haciendo de tope (Figura 4).

Figura 4. Colocación de rana o perrillo por el exterior y con la varilla haciendo de tope y totalmente recuperable. Fuente: https://construirconjorge.com/rana-tensora/

Como alternativas adicionales al encofrado de madera, existen cimentaciones encofradas que emplean paneles de chapa o encofrado tipo marco (Figuras 5 y 6).

Figura 5. Encofrado metálico para zapata corrida. Fuente: https://www.urbipedia.org/w/index.php?curid=36621

Figura 6. Encofrado metálico para zapata. Fuente: Ignacio Serrano (desdeelmurete.com)

Una alternativa es la utilización de un encofrado perdido de polipropileno alveolar o bien mallazos con barras de diferentes diámetros y una lámina de polietileno (Figura 7). En este caso es muy fácil de instalar, debido a su peso reducido y no es necesario desencofrar ni limpiar el encofrado para un nuevo uso. Además, no existen fugas de cemento líquido y el elemento plástico sirve de protección al hormigón en caso de aguas subterráneas agresivas.

Figura 7. Encofrado perdido para cimentación de lámina de polipropileno Fuente: https://morcon.co.uk/new-foundation-domestic-dwelling/

Cuando la altura del cimiento sea pequeña, es posible encofrar con un murete de ladrillo o bien de bloques de hormigón, que queda perdido, tal y como se muestra en la Figura 8. Hay que tener mucha precaución con este tipo de encofrado, pues la altura hace que el empuje del hormigón fresco sea alto y es fácil que se rompa.

Figura 8. Fuente: https://www.facebook.com/photo/?fbid=678200360980000&set=pcb.678200414313328

Os dejo a continuación algunos vídeos, algunos de encofrados de madera, y otro de polipropileno. Espero que os sean de interés.

Referencias:

AFECI (2021). Guía sobre encofrados y cimbras. 3ª edición, Asociación de fabricantes de encofrados y cimbras, 76 pp.

ANDECE (2020). Guía técnica. Elementos prefabricados de hormigón para obras de ingeniería civil, 86 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

MEDINA, E. (2014). Construcción de estructuras de hormigón armado en edificación. 3ª edición, Biblioteca Técnica Universitaria, Bellisco Ediciones, Madrid, 502 pp.

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.

Cursos:

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

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Encofrados para hormigón autocompactante

Figura 1. Encofrado y colocación de hormigón autocompactante mediante bombeo tradicional. Fuente: https://www.ieca.es/wp-content/uploads/2017/10/Buron%20-%20Fernandez-Gomez%20-Garrido%20-%20autocompactante.pdf

El hormigón autocompactante (HCA) es aquel que se vierte en encofrados y se compacta únicamente por la acción de la gravedad, gracias a su capacidad innata de fluir. Esta técnica, lograda mediante una dosificación cuidadosa y el uso de aditivos superplastificantes específicos, permite que el hormigón se compacte uniformemente, eliminando huecos sin necesidad de vibración u otros métodos de compactación adicionales. Este enfoque mejora de manera notable la calidad, la durabilidad y la vida útil de las estructuras construidas con este material.

Sin embargo, para lograr los resultados deseados, es importante destacar que se requiere un encofrado robusto y perfectamente sellado para garantizar la estanqueidad del hormigón. Además, el encofrado debe estar dimensionado de acuerdo con las características del producto final, ya que el hormigón ejerce una presión hidrostática con un peso específico de 24 kN/m³.

El hormigón autocompactante fue concebido por Okamura en 1986 en Japón. Surgió con el objetivo de aumentar la productividad al reducir los tiempos de trabajo, de mejorar las condiciones ambientales en la obra y de superar desafíos estructurales emergentes, como la creación de formas y estructuras en las que la densidad de las armaduras dificulta el uso de métodos convencionales de compactación. Además, se buscaba mejorar las propiedades del producto final en términos de resistencia y durabilidad. Estas investigaciones condujeron al desarrollo del primer diseño de hormigón autocompactante en 1988.

En la actualidad, los fabricantes de encofrados han desarrollado elementos especiales para el hormigón autocompactante que incluyen una conexión para el conducto de la bomba y una trampilla de cierre. Estos elementos pueden instalarse tanto en el muro como en la parte frontal del elemento de encofrado, lo que garantiza un encofrado seguro en la parte inferior (Figura 2). Este procedimiento, en elementos de gran altura, evita la formación de burbujas de aire atrapadas entre la pared del encofrado y la masa de hormigón. Aunque, en todo caso, la formación de estas burbujas es mínima al emplear el desencofrante adecuado, es aún más reducida que en el caso del hormigón convencional. Se recomienda utilizar encofrados con cara metálica o superficies plastificadas no absorbentes para lograr texturas superficiales uniformes y minimizar la retención de burbujas de aire.

Figura 2. Conexión de la tubería de hormigonado por la parte inferior del encofrado. Fuente: https://www.proyectosyobrasmetrocubico.com/hormigon-autocompactante/

Dado que el hormigón se bombea desde la parte inferior del encofrado, se requieren pocos andamios, principalmente para controlar el proceso. Esta técnica de vertido garantiza que el encofrado permanezca limpio, tanto en su exterior como en las áreas no hormigonadas, lo que permite verter el hormigón incluso cuando la armadura es densa. Al bombear el hormigón desde abajo, no hay que preocuparse por la altura de caída libre del material. Sin embargo, si se optara por verter el hormigón directamente, es crucial evitar que caiga desde alturas superiores a los 2 m.

Dejo a continuación unos vídeos donde se realizan algunas consideraciones sobre los encofrados empleados en los hormigones autocompactantes. Espero que os sean de interés.

Dejo también un artículo sobre este tipo de hormigón, con sus características y puesta en obra.

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Referencias:

AFECI (2021). Guía sobre encofrados y cimbras. 3ª edición, Asociación de fabricantes de encofrados y cimbras, 76 pp.

ANDECE (2020). Guía técnica. Elementos prefabricados de hormigón para obras de ingeniería civil, 86 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

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.

Cursos:

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

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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

Encofrado perdido de polipropileno

Los encofrados realizados en polipropileno suelen proceder del reciclado. Se utilizan como encofrados perdidos en la realización de soleras ventiladas, cámaras de aire y forjados sanitarios para todo tipo de construcción, como barrera contra la humedad y contra el gas Radón. Son fáciles de colocar debido al poco peso de las piezas y se pueden cortar sin problemas.

Se trata de piezas individuales que se ensamblan entre sí. Algunos modelos tienen forma de cúpula con planta cuadrada, mientras que otros incluyen una pata central con forma cónica para ofrecer un mejor soporte. Además, están disponibles en diferentes alturas, que pueden ir desde 9,5 cm hasta 70 cm, según el fabricante.

Cuando se combinan cuatro módulos, estos forman pequeños pilares (según la altura del módulo) sobre los cuales se apoya la solera armada (capa de compresión de 5 cm mínimo). Cuentan con un sistema de unión entre ellos mediante galces, siguiendo el orden indicado por las flechas ubicadas en la parte superior. Gracias al diseño en forma de bóveda del sistema se consigue la máxima resistencia con el mínimo espesor de hormigón.

Estas piezas se pueden almacenar tanto en interiores como en exteriores, ya que el material no se ve afectado por las condiciones climáticas adversas. Sin embargo, no se recomienda exponer el material a la intemperie durante períodos prolongados (superiores a dos meses, según las indicaciones del fabricante), puesto que las piezas podrían volverse frágiles y perder parte de su resistencia mecánica.

Para la instalación sobre el terreno, es fundamental colocar siempre una capa de hormigón de limpieza HM-20 (con o sin malla) de al menos 5 cm de espesor. Esta capa tiene como objetivo nivelar la superficie para proporcionar un sólido soporte a las piezas. Es crucial asegurar un adecuado apoyo de las piezas para prevenir la separación del hormigón entre las patas que forman los pilares durante el vertido, y garantizar que, una vez fraguado, todos los pilares del suelo elevado estén correctamente asentados sobre el soporte.

A continuación tenéis varios vídeos descriptivos que indican cómo se utilizan estos elementos.