Acaban de publicarnos un artículo en el Journal of Cleaner Production, revista indexada en el primer decil del JCR. El trabajo evalúa las alternativas de reacondicionamiento de columnas de hormigón armado en una región de alto riesgo sísmico, comparando, el recrecimiento de la sección de hormigón, el encamisado de acero y el refuerzo con fibra de carbono. El estudio destaca la importancia de tener en cuenta todas las etapas en la evaluación del ciclo de vida a la hora de rehabilitar edificios, incluidas las consideraciones de diseño, pruebas, construcción, uso y final de la vida útil. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
Las contribuciones de este trabajo de investigación son las siguientes:
Evalúa las alternativas de reacondicionamiento de columnas de hormigón armado en una región de alto riesgo sísmico, comparando el recrecido de hormigón, el encamisado de acero y el refuerzo con fibra de carbono.
Realiza un análisis exhaustivo para evaluar los impactos económicos y ambientales mediante evaluaciones del ciclo de vida.
Presenta una jerarquía estructurada de criterios e indicadores para la evaluación de las opciones de modernización, lo que ayuda a los técnicos y a los responsables de la toma de decisiones.
El encamisado de acero se consideran la mejor opción debido a su rendimiento equilibrado en todos los criterios, mientras que los recrecidos de hormigón se consideran menos favorables debido a su elevado impacto ambiental y funcional. La rehabilitación con fibra de carbono es una alternativa viable con un menor impacto medioambiental y una mayor funcionalidad, a pesar de los importantes costes de las materias primas.
Abstract
The critical earthquakes of the last few years highlight the urgent seismic retrofitting of existing buildings due to their aging or inadequate design. This paper aims to evaluate reinforced concrete column retrofit alternatives in a region of high seismic risk. When deciding between various building retrofit options, significant economic, environmental, and functional factors must be considered. The study uses a cradle-to-grave analysis to examine the economic and environmental impacts through life cycle assessments. Specifically, the life-cycle performance of three classic alternatives for rehabilitating columns lacking adequate confinement is compared: concrete jacketing, steel jacketing, and carbon fiber incorporation. The research adopts a holistic approach using multi-criteria decision-making methods, integrating economic, environmental, and functional criteria. A set of criteria and indicators is presented in a structured hierarchy that facilitates the orderly evaluation of alternatives. The results suggest that steel jacketing is preferred, as it presents a balanced performance in most criteria. The incorporation of carbon fiber is viable due to its low environmental and functional impact, although the high production costs of the raw materials limit it. In contrast, concrete jacketing has the highest environmental and functional impacts, making it the least favorable option. The results of this study will provide relevant information for engineers and decision-makers to select the most suitable options for building retrofit when considering several simultaneous perspectives.
VILLALBA, P.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; YEPES, V. (2024). Life cycle evaluation of seismic retrofit alternatives for reinforced concrete columns.Journal of Cleaner Production, 455:142290. DOI:10.1016/j.jclepro.2024.142290
Os podéis descargar gratuitamente el artículo, pues está publicado en acceso abierto.
Figura 1. Curado del hormigón. https://ingeniero-de-caminos.com/curado-del-hormigon/
El término “curado”, según la DRAE, significa endurecido, seco, fortalecido o curtido. En el ámbito del hormigón, se refiere a las acciones tomadas para facilitar la hidratación del cemento. Esto implica prevenir la pérdida de humedad del hormigón por evaporación y, si es necesario, proporcionar humedad adicional. Además, se busca mantener una temperatura favorable durante el fraguado y los primeros días de endurecimiento.
Si el hormigón se dejara secar al aire, su resistencia podría disminuir hasta en un 40 %, al tiempo que aumentaría la porosidad y la probabilidad de fisuras debido a la retracción. Los métodos empleados en el proceso de curado deben ser suficientes para evitar la desecación del hormigón, promover un adecuado endurecimiento, prevenir la fisuración debido a la contracción térmica y hacer que el hormigón sea resistente a las heladas prematuras.
Durante la hidratación del cemento, los granos se cubren con un gel de cemento, un producto de la reacción que forma una red que une los granos de cemento anhidro. El agua necesaria para la hidratación del cemento Portland es igual a 0,45 veces la masa de cemento hidratado. Esta cantidad se divide entre el agua químicamente combinada (equivalente a 0,25 veces la masa de cemento) y el agua adsorbida en las superficies y espacios de la estructura del gel (0,20 veces la masa de cemento).
Es importante señalar que la hidratación solo ocurre en un entorno casi saturado de agua. Por lo tanto, es necesario agregar agua adicional (durante el proceso de curado) para mantener saturados los poros capilares de la pasta. De esta manera, el cemento continuará hidratándose hasta que todo el espacio disponible se llene con los productos de la reacción o hasta que se complete la hidratación de todo el cemento.
El desarrollo de la resistencia y durabilidad del hormigón radica en el relleno de los poros entre las partículas de cemento con los productos de la hidratación. Esto se consigue partiendo de un volumen inicial de poros muy reducido, lo que se logra con una baja relación agua/cemento (a/c) y con un curado húmedo que permita hidratar una cantidad significativa de cemento.
Si el agua de amasado supera considerablemente la cantidad necesaria para la hidratación, es crucial garantizar que no se evapore durante el proceso de curado. En casos donde la proporción inicial de agua es menor, será necesario un curado adicional con agua para mantener la hidratación. Por ello, en hormigones con una relación a/c igual o superior a 0,50, el uso de una membrana impermeable, sin necesidad de agregar agua externa, puede ser un método efectivo de curado.
En el hormigón con baja relación a/c, ocurre el fenómeno de la autodesecación, que implica el secado interno del hormigón debido al consumo de agua durante la hidratación. Este problema suele estar asociado con mezclas de a/c iguales o inferiores a 0,45, para las cuales se requiere un curado húmedo. No obstante, con valores de a/c tan bajos, la permeabilidad de la pasta suele ser tan reducida que el agua aplicada externamente no penetra más allá de la capa superficial, la única que se beneficia del proceso de curado.
Figura 2. Curado mediante láminas para evitar la desecación. https://deepex.net/curado-del-hormigon/
El curado es una etapa fundamental en la producción de elementos de hormigón, ya que tiene una gran influencia en la resistencia y en el resto de las características del producto final. Carecer de un adecuado proceso de curado puede resultar especialmente perjudicial para la durabilidad de la estructura, puesto que esta depende en gran medida de la impermeabilidad de las capas exteriores del hormigón, que son las más sensibles a un curado defectuoso.
Es esencial tener en cuenta que el interior de las piezas (a menos que sean extremadamente delgadas) retiene la humedad durante periodos prolongados y es menos vulnerable a los efectos de un curado deficiente que las capas superficiales. En consecuencia, si el hormigón no recibe un adecuado proceso de curado, la capa de recubrimiento de las armaduras se verá afectada, volviéndose porosa y permeable, lo que significativamente acortará la vida útil de la estructura.
Por lo general, los métodos que suministran agua son más eficaces que aquellos que buscan evitar su evaporación. La duración y la intensidad del proceso de curado dependen principalmente de la temperatura y la humedad ambientales, así como de la acción del viento y la exposición directa al sol. Otros factores importantes son el tipo y la cantidad de cemento, la relación a/c y, especialmente, las condiciones de exposición de la estructura en servicio. A medida que estas condiciones sean más adversas, se requerirá un período de curado más prolongado.
En un artículo anterior, expusimos el uso del nomograma de Menzel para evitar el agrietamiento plástico durante el fraguado del hormigón. Otro artículo de interés es el relativo a la terminación, texturado y curado del pavimento de hormigón.
Figura 3. Nomograma de Menzel.
Os dejo algunos vídeos que os pueden ser de interés.
Referencias:
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
MENZEL, C.A. (1954). Causes and Prevention of Crack Development in Plastic Concrete. Proceedings of the Portland Cement Association, Vol. 130:136.
LERCH, W. (1957). Plastic shrinkage. ACI Journal, 53(8):797-802.
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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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Figura 1. Encofrado perdido de polipropileno. Fuente: https://palexiberica.com/producto/encofrado-perdido/
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.
Os dejo un folleto explicativo de este tipo de encofrado perdido.
Figura 1. Encofrado de poliestireno expandido en forjado. Fuente: https://www.archiexpo.es/prod/nidyon-costruzioni/product-60391-1802743.html
El poliestireno expandido (EPS) se utiliza en ocasiones como un sistema de encofrado perdido en la construcción de forjados, pilares o muros. Este encofrado permanece en la estructura aportando un excelente aislamiento térmico y acústico, lo que contribuye significativamente al confort.
En la Figura 1 se observa un sistema de encofrado perdido diseñado para la construcción de losas que emplean viguetas monodireccionales y bidireccionales de hormigón armado vertido en obra. Consiste en una placa de EPS, perfilada para formar viguetas T con espesores y anchuras variables según la luz de cálculo requerida. Esta versatilidad permite la construcción de losas en edificios destinados a diversos usos. La colocación de estos paneles se lleva a cabo de manera que se logre una continuidad estructural y de aislamiento total entre los elementos, eliminando los puentes térmicos y mejorando los rendimientos termoacústicos. Los materiales deben garantizar una respuesta óptima ante problemas de deterioro y oxidación, asegurando estabilidad y durabilidad a lo largo del tiempo.
En la Figura 2 se observan módulos de EPS empleados en la construcción de muros o pilares como encofrado perdido relleno de hormigón. Su diseño especial permite la colocación de los sucesivos bloques sin desalinearse. La amplia gama de piezas fabricadas permite resolver diversos tipos de construcciones, ya sean muros rectos, curvos, en ángulo, pilares de diferentes medidas, encofrados perimetrales, huecos en muros, cargaderos, forjados, entre otros. Son muy ligeros y pueden cortarse fácilmente con sierra. Gracias a su bajo peso, facilitan un montaje rápido del encofrado del muro, agilizando la ejecución y minimizando las operaciones en obra, como el sellado con siliconas especiales en el encuentro con la zapata corrida o la losa de cimentación, así como la disposición de armaduras y el vertido del hormigón.
En cualquier caso, una de las precauciones a tener en cuenta con este tipo de material es evitar que se claven las armaduras y sus separadores en el EPS para no perder recubrimiento en estas barras de refuerzo.
Figura 2. Encofrado de poliestireno expandido en muros. Fuente: https://www.archiexpo.es/prod/pontarolo-engineering/product-54951-430188.html
A continuación os dejo algunos vídeos sobre el uso de este tipo de encofrado. Espero que os sean útiles.
Dejo también un folleto explicativo de este producto.
Acaban de publicarnos un artículo en el Journal of Cleaner Production, revista indexada en el primer decil del JCR. El trabajo evalúa las alternativas de reacondicionamiento de columnas de hormigón armado en una región de alto riesgo sísmico, comparando, el recrecimiento de la sección de hormigón, el encamisado de acero y el refuerzo con fibra de carbono. El estudio destaca la importancia de tener en cuenta todas las etapas en la evaluación del ciclo de vida a la hora de rehabilitar edificios, incluidas las consideraciones de diseño, pruebas, construcción, uso y final de la vida útil. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
