Parámetros para seleccionar una cimbra autolanzable

Figura 1. www.alpisea.com

Si en otros posts definimos lo que era una cimbra autolanzable, cómo se podía clasificar y se comparaba con otros procedimientos constructivos de puentes, en este post vamos a explicar la influencia de los distintos parámetros que intervienen en la utilización de las cimbras autolanzables, sus limitaciones y la influencia de las características geométricas del puente en su construcción.

Anchura de tablero

Las autocimbras suelen emplearse para anchuras de tablero comprendidas entre los 8,50 y los 16 m. Con tablero de anchuras mayores a 20 m, la construcción se realizaría en dos fases: en la primera se ejecutaría el núcleo central y en la segunda las alas con un carro de avance.

Se debe tener en cuenta que el número o la forma de las pilas va a condicionar las vigas principales de una autocimbra bajo tablero (Figura 1). Es posible que se necesite abrir el encofrado transversal, lo cual obliga a un correcto dimensionamiento de las vigas transversales.

Figura 2. www.ulmaconstruction.es

Pendientes y peraltes

Las autocimbras se pueden utilizar siempre que las pendientes no superen el 7% y los peraltes el 8%.

Radios en alzado y planta

Cuando se usan autocimbras sobre tablero, el radio mínimo en planta no debe ser inferior a los 200-300 m (Figura 2). Esta cifra puede subir a 400-500 m con autocimbras bajo tablero cuyos vanos superen los 40 m. Con estas limitaciones, sería posible realizar curvas en planta en forma de S.

Luces de vanos

Las autocimbras se utilizan habitualmente para vanos de luces mayores a 30 m, llegando alguna realización actual a los 90 m. Estas cifras son válidas siempre que no existan apoyos intermedios y sin que quede condicionado el dimensionamiento del tablero en la etapa constructiva. Si se utilizaran apoyos intermedios, podríamos alcanzar un mayor rango de luz. Por otra parte, la construcción de puentes con luces iguales supone una mejora en los rendimientos.

Canto del tablero

Es preferible que el canto del tablero de un puente sea constante si se va a construir mediante cimbras autolanzables. En el caso de que la geometría sea variable, se debería mantener dicho cambio de geometría en todos los vanos (Figura 3).

Figura 3. Viaducto de Ibaizabal (2012). Récord nacional de luz (75 m) en C.A. www.grupopuentes.com

Peso del tablero

Para un puente tipo con una luz de 60 m, es habitual un peso del tablero de 20 a 22 t/m, aunque podrían haber casos más pesados, con pesos superiores a 35 t/m, incluso con luces menores.

Diafragma de pilas

La forma del diafragma a su paso por las pilas depende de la forma en que se hormigone la sección transversal. Si el hormigonado se realiza en una sola fase, se debe permitir el paso del encofrado interior replegado por el interior del diafragma (Figura 4). Por otra parte, las dimensiones del paso del diafragma dependerán de la anchura y la altura de la sección en cajón.

Figura 4. Encofrado replegado para permitir el paso por el diafragma

A continuación os dejo un Polimedia donde se explica con mayor detalle lo anteriormente expuesto. Espero que os sea de interés.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.

 

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Cimbra autolanzable frente a otros procedimientos constructivos

Cimbra autolanzable bajo tablero. http://atesvi.com

Si bien en otras entradas anteriores se ha definido lo que es una autocimbra y de los criterios que permiten clasificarlas, aquí destacaremos las ventajas e inconvenientes de esta técnica constructiva de puentes y la compararemos con otros procedimientos habituales.

Las cimbras autolanzables presentan ventajas evidentes que, cuando se dan las condiciones adecuadas, facilitan la construcción de un puente. La primera de ellas es su poca interferencia con las actividades que se desarrollan bajo el tablero. La autocimbra apoya sobre las pilas o sobre el tablero en ejecución salvando obstáculos del terreno o de vías de comunicación. Además, este procedimiento disminuye el riesgo de deformaciones por asiento diferencial de la cimbra apoyada sobre el terreno, siendo innecesaria, por tanto, la mejora del terreno para cimientos de apoyos provisionales.

Cabe señalar, asimismo, la facilidad que presentan las autocimbras para incorporar la seguridad colectiva. En efecto, se trata de un medio auxiliar industrializado donde resulta sencillo incorporar plataformas de trabajo y elementos de protección. Además, la seguridad se beneficia al tener los operarios funciones claras y concretas.

Tampoco son desdeñables los buenos rendimientos constructivos de esta técnica debido, entre otras causas, a que las tareas son continuas y repetitivas. Así, es habitual ejecutar un vano por semana en autocimbras bajo tablero, rendimiento que desciende a dos semanas en el caso de autocimbras sobre tablero. En efecto, los movimientos de traslación de la cimbra son sencillos, rápidos y económicos. Factible tanto en tableros a baja altura como sobre pilares muy altos. Además, en el caso de autocimbras bajo tablero, la prefabricación de las armaduras durante la fase de curado del tablero y el traslado al vano siguiente con la propia cimbra agilizan el desarrollo de las tareas.

Con todo, las cimbras autolanzables también presentan algunos inconvenientes. En primer lugar, hay que planificar un tiempo de espera de diseño, fabricación y traslado de la cimbra; que si bien puede retrasar el comienzo de la obra, luego se pueden recuperar los plazos por los buenos rendimientos. Además, hay que adaptar la autocimbra para cada nuevo puente. Se debe desmontar al finalizar la ejecución y ese tiempo supone cierto retraso en la puesta en uso del puente.

Otra de las dificultades que hay que tener presente es la necesidad de medios auxiliares en los apoyos de pila para colocar la cimbra. También hay que tener presente la dificultad que puede haber al prefabricar la armadura por la interferencia que pudiera existir entre el parque de fabricación de la ferralla y el acceso de los materiales y el hormigón a la cimbra.

Otro de los inconvenientes es la nivelación laboriosa que debe darse a la cimbra en el caso de que existe una variación en la pendiente o en el peralte del tablero. Hay que tener presente que el tesado se realiza a edad temprana (a las 24-48 horas) y que si existen factores que reducen dicha resistencia, eso interfiere notablemente en el avance de las tareas.

Si comparamos las autocimbras con el cimbrado tradicional, las primeras salen ganando en algunos aspectos clave. En efecto, la independencia respecto al terreno impide las deformaciones del tablero por asiento diferencial de la cimbra convencional y no son necesarios tratamientos del terreno para cimentar dicha cimbra. Además, la capacidad de autolanzamiento permite el traslado de vano a vano por sus propios medios, lo cual incrementa los rendimientos de ejecución. En cuanto al diseño del tablero, apenas existen diferencias tanto si se construye con cimbra tradicional o con autocimbra. Si acaso, habría que dar una mayor contraflecha de ejecución con la autocimbra. Únicamente no interesa el uso de la autocimbra frente al cimbrado tradicional cuando existen pocos vanos y poca altura.

Paso superior cimbrado. https://www.ulmaconstruction.es

Por otra parte, tanto las autocimbras como los puentes empujados se pueden utilizar en vanos con luces entre 40 y 60 m. Las autocimbras salen ganando porque sus plazos de ejecución son menores y utilizan menos cuantías de hormigón y acero. Además, los aparatos de apoyo son más caros en los puentes empujados. También hay que considerar algunas limitaciones constructivas de los puentes empujados: su uso solo es posible en puentes cuya planta sea circular (no clotoides), no se pueden usar en puentes con curva y contracurva, no permite juntas de dilatación ni puentes de canto variable o isostáticos. Los plazos de ejecución son menores en las autocimbras, pues existen menos maniobras. Así, el ciclo constructivo con puentes empujados son en tramos de 1/3 a 1/2 de la luz de vano, mientras que con las cimbras autolanzables son tramos iguales a la longitud de vano. Por último, decir que las solicitaciones en ejecución son mayores en los puentes empujados, donde se alternan momentos positivos y negativos al paso por las pilas, lo que supone un mayor canto de tablero y mayor pretensado.

Puente empujado. San Juan de los Lagos, Jalisco. http://www.vydsa.com/web/G-concreto.html

A continuación os dejo un Polimedia donde se explica con mayor detalle lo anteriormente expuesto. Espero que os sea de interés.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.

 

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Clasificación de las cimbras autolanzables

Figura 1. Clasificación de las autocimbras

En una entrada anterior se definieron las cimbras autolanzables. Aquí vamos a clasificar las cimbras atendiendo a diversos criterios como son su ubicación, su sistema de ejecución y la sección del tablero (Figura 1). Se trata, por tanto, de diferenciar las distintas tipologías de autocimbras en función de esta clasificación.

Si atendemos a la ubicación de la autocimbra, ésta se puede clasificar en cimbras autolanzables sobre tablero, bajo tablero o a media altura. En las autocimbras sobre tablero, las vigas longitudinales se colocan por encima del tablero y de ellas cuelgan elementos que soportan las vigas donde se apoya el encofrado (Figura 2). Las autocimbras bajo tablero son las más habituales; aquí las vigas longitudinales principales se sitúan debajo del tablero a construir (Figura 3). Una variante de la cimbra bajo tablero es la situada a media altura; en este caso, las vigas longitudinales se colocan debajo de las alas y próximas a ellas (Figura 4). En este caso el fondo del tablero se encuentra por debajo o a la misma altura de las vigas.

Figura 2. Cimbra autolanzable sobre tablero

 

Figura 3. Cimbra autolanzable bajo tablero

 

Figura 4. Cimbra autolanzable a media altura. www.mecanotubo.es

Atendiendo al sistema de ejecución, la cimbra autolanzable propiamente dicha sería la que sirve para hormigonar el tablero “in situ”; es decir, primero se coloca la ferralla y luego se hormigona sobre el encofrado. Sin embargo, también se podrían incluir en esta clasificación aquellas cimbras autolanzables que sirven para colocar tramos prefabricados, bien dovelas o vanos completos. En este caso estaríamos hablando más de un lanzador de vigas o de dovelas que una autocimbra propiamente dicha.

Por último, si atendemos a la sección del tablero, las autocimbras sirven para construir tableros de losa aligerada, cuando las luces de vano están comprendidas entre los 30 y 40 m. El aligeramiento suele ser de poliestireno expandido. Otra opción son las secciones tipo Pi o multinervadas; en este caso no existe encofrado interior, la sección resulta muy ligera, se usa para luces máximas de 35 m. Como inconveniente se puede decir que precisa de grandes cantos para soportar los momentos negativos. La sección en cajón es la opción empleada tanto en cimbras por encima como por debajo del tablero, en luces entre 40 y 80 m. En este caso el encofrado interior complica el desencofrado y el rendimiento.

A continuación os dejo un Polimedia donde se explica con mayor detalle estos aspectos de la clasificación de las autocimbras.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.

 

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Definición de cimbra autolanzable

Viaductos en la nueva autovía de Mascara (Argelia). Imagen: A. Azorín

Una cimbra autolanzable es aquel medio auxiliar empleado para el hormigonado de tableros de puentes o viaductos vano a vano de hormigón postesado. También reciben el nombre de autocimbra, cimbra de avance o cimbra MSS (Movable Scaffolding System, en inglés). Son estructuras auxiliares capaces de trasladarse a lo largo del puente por sus propios medios, por lo que se trata realmente de una cimbra-máquina, con los problemas asociados de cálculo por su movilidad. La cimbra de avance se caracteriza por su capacidad de trasladarse de una posición a la siguiente por sus propios medios, lo cual disminuye el uso de grúas. Ello le permite salvar obstáculos o alturas importantes, así como evitar las posibles obstrucciones en vías de tránsito.

En este post os defino brevemente esta cimbra, pero en sucesivos posts seguiré dando detalles y explicando con mayor profundidad los tipos existentes, elementos, parámetros, etc.

La autocimbra es una estructura en celosía o cajones metálicos longitudinales que soportan el encofrado. Esta estructura es capaz de alcanzar la distancia existente entre las pilas del puente. Si el vano es inferior a 40 m, suelen emplearse vigas de longitud el doble del tramo, no usándose cimbras tipo regla de cálculo. Durante el hormigonado, la estructura se apoya en la pila delantera y en el tramo del tablero ya construido.

El uso habitual de esta cimbra es en tableros de puentes de hormigón postesado, preferentemente con vanos de luces iguales y con canto constante. Su aplicabilidad se encuentra entre luces de 30 y 70 m, aunque la cimbra autolanzable más grande del mundo alcanza vanos de 90 m. Para que os hagáis una idea, la Dirección General de Ferrocarriles, del Ministerio de Fomento, recomienda, con carácter general, usar la autocimbra por encima de 40 m de luz. Sin embargo, también recomienda utilizar la autocimbra en la construcción de tableros hiperestáticos de hormigón que cumplan alguna de las siguientes condiciones: (a) número de vanos entre 3 y 5, (b) cuando la longitud total del puente sea menor a 300 m, pero con 6 vanos o más, (c) cuando la longitud total del puente supere los 300 m, con 6 vanos o más y la altura del tablero respecto al suelo sea de 15 m o menos. En las referencias he dejado dichas recomendaciones completas.

El M1-90-S es la más grande cimbra autolanzable del mundo (vanos de 90 m). http://www.berd.eu/es/produtos/movable-scaffolding-system/

Con carácter general, se puede decir que la autocimbra es rentable cuando el puente tiene más de 7-8 vanos, más de 500 m de luz y se usa al menos cuatro veces. Para secciones de losa aligerada, las luces habituales suelen estar entre 30 y 40 m, mientras que para sección en cajón, se encuentran entre 40 y 70 m. También son rentables en el caso de construir puentes con doble tablero y existe facilidad de trasladar la autocimbra de uno al otro. También es favorable el caso de tener que construir diferentes viaductos de la misma obra si el traslado es factible.

Por otra parte, el procedimiento constructivo suponen esfuerzos que deben considerarse en el cálculo de la estructura. Se coloca la junta de construcción entre fases a una distancia entre L/4 y L/5 de la pila para reducir los flectores sobre el tablero. Además, a unos 2 m de la junta es donde se apoya la autocimbra sobre el tablero hormigonado. Las esbelteces normales del tablero oscilan entre 1/18 y 1/20.

La autocimbra transmite esfuerzos a la fase anterior durante el hormigonado. Se trata de una acción transitoria, no siendo raro que supere las 1000 t durante el hormigonado. Esta acción es como si la ley de flectores de peso propio al construir con autocimbra se desplazara hacia arriba. Sin embargo, al final del proceso constructivo los esfuerzos debidos a peso propio y al pretensado se redistribuyen, de forma que la ley de flectores se aproximará a la que tendría si se hubiese cimbrado el puente de forma convencional. Todo ello significa que las situaciones pésimas de comprobación serán en la sección del tablero en pilas a corto plazo y en la sección de centro de vano a largo plazo.

Todo lo que os he descrito en el artículo os lo cuento en el siguiente Polimedia, que espero os guste. En otras entradas os contaré más detalles de las autocimbras como su clasificación, elementos o parámetros para seleccionarlas.

También os dejo una animación en la que se puede ver el funcionamiento de la autocimbra.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

SEOPAN (2015). Manual de cimbras autolanzables. Tornapunta Ediciones, Madrid, 359 pp.

MINISTERIO DE FOMENTO (2009). Recomendaciones de la Subdirección General Adjunta de Planes y Proyectos para el proyecto de sistemas constructivos en puentes ferroviarios de hormigón.

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Cimbras y encofrados hinchables

Proceso de presurización de la membrana de PVC. http://www.tectonica-online.com/productos/1704/hormigon_cupulas/

Las estructuras hinchables pueden utilizarse como un medio auxiliar que sirve como cimbra y encofrado a la hora de construir cúpulas, canales de regadío, depósitos, tubos u otro tipo de estructuras de hormigón. Son estructuras neumáticas que permiten colocar el hormigón de una forma geométricamente eficiente con el objeto de reducir los costes de ejecución. Se trata de utilizar como molde un material flexible, fuerte e impermeabilizado, con formas variadas que son estancos y presentan válvulas para el hinchado y vaciado. El proceso constructivo consiste en inflar el encofrado en su emplazamiento. Tras el hormigonado y posterior endurecimiento, el encofrado se deshincha y se extrae para un uso posterior.

 

Estos medios neumáticos presentan ventajas como su rápida disponibilidad, buen acabado y pocas juntas de hormigonado, su economía y bajo coste de mantenimiento, poco peso, fácil reparación y poco coste de transporte. Además, no necesita mano de obra especializada y son estructuras provisionales que resisten bien los esfuerzos de tracción y compresión. Sin embargo, hay que tener presente la limitación que supone el empuje del hormigón fresco, lo cual implica una preferencia de uso con elementos de pequeño espesor.

Molde hinchable para alcantarillas. http://spanish.marinerubberairbag.com/sale-10479955-black-color-inflatable-rubber-balloon-environmental-friendly-tunnel-formwork.html

Existen distintas patentes de este procedimiento constructivo. Así, en 1960 Dante Bini ideó el denominado “Método Binishell”. Este método consiste en colocar a nivel de suelo la ferralla y se extiende el hormigón con retardadores de fraguado, posteriormente se insufla aire (con una presión entre 2 y 6 kN/m2) y se eleva la membrana junto con el hormigón fresco y las armaduras hasta alcanzar la geometría preestablecida.

Otra patente es el “domo de espuma”, donde se rigidiza la forma neumática con espuma de poliuretano (o mortero de arcilla expandida como alternativa) antes de colocar el hormigón y el acero. La espuma garantiza la forma adquirida por el elemento hinchable y sirve como superficie para recibir el hormigón proyectado. El proceso constructivo comienza fijando la membrana de PVC sobre una cimentación y se procede a su presurización. Sobre la membrana se proyecta interiormente la espuma, que rigidiza la membrana, aumenta el aislamiento térmico y disminuye la posibilidad de condensaciones en el interior. A continuación se ferralla y se proyecta hormigón. Este proceso de armado y proyectado se repite en sucesivas capas de 3-4 cm (lo que disminuye las retracciones), hasta la total construcción de la estructura. La membrana queda como acabado exterior, con lo que se garantiza la impermeabilidad. Son estructuras monolíticas cerradas que permiten el depósito de materias primas, agua o gases. Se pueden alcanzar luces de hasta 100 m sin apoyos, por lo que se pueden constituir edificios de uso público como auditorios o polideportivos.

Figura. Construcción de la bóveda de hormigón del Centro Cultural Óscar Niemeyer en Avilés. http://www.tectonica-online.com/productos/1704/hormigon_cupulas/

A continuación podemos ver algunos vídeos que explican esta técnica constructiva.

 

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados.Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

RIPA, T. (1981). Cúpulas hormigonadas sobre cimbras flexibles infladas. Revista de Obras Públicas, 49-54. (enlace)

Mesas encofrantes o sistemas pre-montados

Figura 1. Encofrado de losa premontado Mesa VR de Ulma. https://www.ulmaconstruction.es/es-es/encofrados/encofrados-losas

Los sistemas de encofrados premontados para forjados, denominados encofrados de mesas o mesas encofrantes, son sistemas que permiten construir cualquier tipo de forjado, aunque está especialmente diseñado para la ejecución de losas macizas y forjados aligerados planos de gran dimensión y geometrías regulares y repetitivas. Las mesas encofrantes se componen de una estructura metálica, un tablero o bandeja y unas patas con ruedas orientables que soportan el conjunto. Además, al tratarse de un sistema industrializado, las mesas disponen de todos los elementos de seguridad integrados: barandillas, ganchos, cadenas de fijación, rodapiés, etc.

 

Se trata de una estructura que se monta al inicio de la obra y se traslada, sin desmontar, de una zona otra de la misma. Sirve de apoyo al encofrado -normalmente fenólico- montada sobre un carro que dispone de un mecanismo hidráulico que facilita el desencofrado y el traslado sin necesidad de grúa (Figura 2). Esta disposición evita el montaje y desmontaje de puntales. El sistema de mesa optimiza los tiempos de ejecución al ser su montaje y desencofrado sistemático, rápido y seguro, empleando pocas piezas sueltas y reduciendo la necesidad de mano de obra especializada. Su montaje es sencillo y el desencofrado rápido, al contar con sopandas entre las hileras de las mesas que soportan cada vano. Es habitual su uso en grandes edificios como centros comerciales, hoteles, hospitales, rascacielos, etc.

Figura 2. Carro para desplazamiento horizontal. Imagen: Alsina. http://www.construmatica.com/construpedia/images/2/20/Carro-con-dispositivo-hidr%C3%A1.jpg

Estos equipos pesan entre 500 y 600 kg, por lo que se pueden manejar con grúas convencionales. Es habitual un rendimiento para las mesas encofrantes, referido al metro cuadrado de encofrado y operario, de 10 a 15 minutos, lo cual contrasta con las 3-4 horas necesarias cuando el apuntamiento es vertical con puntales de madera, las 1,5-3 horas con puntales telescópicos o 0,5-1 horas con puntales regulables arriostrados.

Los componentes de un encofrado premontado se pueden ver en la Figura 3. Se trata del despiece de componentes de la Mesa VR de ULMA.

Figura 3. Componentes de un encofrado de losa premontado Mesa VR, de ULMA. https://www.ulmaconstruction.es/es-es/encofrados/encofrados-losas/encofrado-losa-premontado-mesa-vr

A continuación os dejo unos vídeos sobre este tipo de encofrado que espero sean de vuestro interés.

Referencia:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados.Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

Clasificación de los sistemas de encofrado

Figura 1. Encofrados verticales. By Farina Destil (Farina Destil) [Public domain], via Wikimedia Commons

Se pueden clasificar los encofrados de muy distintas formas: atendiendo al material con el que están elaborados, al sistema de transmisión de cargas, al sistema de ejecución, etc. Sin embargo, se suelen agrupar en función de la posición del elemento que se va a encofrar: sistemas horizontales y sistemas verticales. Ejemplo del primer tipo son los forjados utilizados en edificación; en cuanto a los segundos, podrían ser aquellos utilizados en pilares o muros.

En cuanto a los materiales, si bien hasta hace pocas fechas era habitual el uso de la madera, nuevos materiales como el aluminio (con este material hay que tener precauciones, ver artículo 68.3 de la EHE-08) o el plástico han permitido estandarizar e industrializar más los procedimientos constructivos. Esta industrialización ha permitido reducir los tiempos de montaje y desmontaje, y con ello el periodo de ejecución de estas tareas. En una entrada anterior ya se realizó una introducción sobre lo que son y para qué sirven los encofrados.

Por tanto, como podemos ver, existen una serie de factores a tener en cuenta a la hora de elegir el mejor encofrado. Al aspecto económico habría que añadir otros que influyen directamente en él como es el tiempo de desencofrado, el coste de los elementos auxiliares, el coste de la mano de obra necesaria, la colocación y desencofrado, los equipos necesarios, el número de usos que se le de a los materiales y el coste del acabado de las superficies de hormigón.

A continuación he elaborado un mapa conceptual (Figura 2) para clarificar la clasificación de los sistemas de encofrado. Como podéis ver, además de la posición del elemento a encofrar, se ha considerado la transmisión de cargas y la ejecución del elemento para establecer un esquema que simplifique la comprensión de los sistemas.

Figura 2. Mapa conceptual de los sistemas de encofrado. Elaboración: V. Yepes

Los encofrados horizontales, normalmente empleados en forjados de edificación o losas de puentes, presentan tres grupos de elementos constituyentes (Figura 3):

  • Una superficie encofrante, que da la textura y que permite la transmisión de las cargas
  • Una estructura horizontal formada por vigas, sopandas o correas, que traslada las cargas de la superficie encofrante a la estructura vertical
  • Una estructura vertical, formada por puntales, que transmite las cargas a los forjados inferiores o al terreno.
Figura 3. Encofrado de forjado. Fuente: https://www.grupomaq.es/encofrado-de-forjado/

Los sistemas de encofrado vertical, típico en la ejecución de pilares y muros. Según el modo de transmisión de los esfuerzos, se clasifican a su vez en encofrados “a una cara” y encofrados “a dos caras”. Los encofrados a una cara son aquellos en los que, o bien las dos caras encofrantes se unen por tierantes, o no existe una de las caras. En este caso las presiones del hormigón fresco se absorben por estructuras externas al encofrado. En el caso del encofrado a dos caras, las presiones del hormigón se absorben por tirantes internos que atan las dos caras encofrantes. Presentan agrupaciones de elementos (Figura 4):

  • El sistema encofrante, que da textura y soporta la presión del hormigón fresco
  • La estructura de soporte, constituida por un marco exterior y unas costillas interiores de refuerzo

 

Figura 4. Encofrado para muros con vigas. Fuente: https://www.peri.es/productos/encofrados/encofrados-para-muros/vario-gt-24-girder-wall-formwork.html#&gid=1&pid=1

En el caso de encofrados verticales de grandes alturas, se pueden utilizar los encofrados trepantes o autotrepantes y los deslizantes. De ellos ya se ha hablado en otros posts anteriores.

Por último, os dejo un pequeño vídeo explicativo donde se resumen los aspectos más significativos de las tipologías de los encofrados.

Referencia:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

 

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Cimbrado, recimbrado, clareado y descimbrado de plantas consecutivas

Figura 1. Apuntalamiento y encofrado de forjado. Fuente: http://www.lineaprevencion.com

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

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

Se pueden distinguir tres procedimientos constructivos principales:

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

 

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

Encofrado de Mesas VR con Puntal SP. https://www.ulmaconstruction.es/es-es/encofrados/puntales-cimbras/puntales/puntal-acero-sp

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

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

Coeficientes de carga para puntales y forjados con dos y tres juegos de puntales usando el método simplificado de Grundy y Kabaila (1963)

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

Aplicación del método simplificado de recimbrado de Taylor (1967), con dos juegos de puntales

El plazo mínimo de descimbrado depende de la evolución de la resistencia, del módulo de deformación, de las condiciones de curado, de las características de la estructura y de la relación entre la carga muerta y la carga actuante en el momento del descimbrado. Esta operación comienza quitando los puntales de las zonas más deformables del forjado (extremo de los voladizos y centros de vano) para continuar hacia los apoyos. Esto se hace para no cargar más de lo previsto y que se deforme el forjado de forma brusca. La EHE-08, en su artículo 74 propone determinar el plazo de descimbrado utilizando la siguiente expresión, basada en el concepto de madurez del hormigón (edad equivalente entre dos hormigones dependiente del tiempo y de la temperatura). Esta fórmula solo se aplica a elementos de hormigón armado fabricados con cementos Portland sin adiciones, suponiendo que el endurecimiento se haya realizado en condiciones ordinarias:

Donde:

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

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

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

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

La EHE-08 recoge la Tabla 74 donde se indican los periodos mínimos de desencofrado y descimbrado de elementos de hormigón armado. Esta tabla se puede utilizar cuando no se disponga de datos suficientes y en el caso de haber utilizado cemento de endurecimiento normal. En el caso de períodos de helada durante el endurecimiento del hormigón, se deben incrementar convenientemente estos valores. También se incrementarán estos valores cuando se quiera limitar la fisuración a edades tempranas o sea necesario reducir las deformaciones por fluencia. Esta tabla presupone que no se cimbran plantas consecutivas sobre la considerada.

Tabla 74 EHE 08. Periodos mínimos de desencofrado y descimbrado de elementos de hormigón armado

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

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

 

Referencias:

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

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

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

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

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

Clases de diseño de cimbras según la norma UNE-EN 12812

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La norma UNE-EN 12812:2008 define los requisitos de comportamiento y diseño general de las cimbras.

Esta norma no solo recoge las acciones típicas a considerar en los cálculos, sino que además cataloga y diferencia dos tipos de cimbra, las denominadas como clase A y clase B.

 

 

 

 

 

Clase de diseño A: es aquella cimbra cuya estabilidad está avalada por la experiencia y buenas prácticas ya establecidas y que se puede considerar que satisface los requisitos de diseño. Son cimbras de utilización estándar y con limitaciones de altura y cargas. Las más habituales son puntales para forjados de edificación y las torres cuajadas en puentes. El proyecto de la cimbra debe incluir una copia de los ensayos y cálculos realizados por el proyectista del material estándar con las limitaciones de uso y montaje que deben respetarse. Esta documentación deberá estar firmada por el suministrador del material y por el laboratorio que haya realizado el ensayo. Estos montajes requieren un análisis simplificado basado en los materiales de los elementos que conforman la cimbra (puntales, bases, cabezales de cimbra y arriostramientos). Su utilización se basa normalmente en la aplicación de tablas de uso y manuales de uso generales y no suelen requerir de cálculos ni ensayos específicos. Habitualmente sólo entran dentro de esta clasificación los apeos con puntal. Según la norma, la clase A se puede adoptar solo cuando:

  1. las losas tengan un área de sección transversal inferior a 0,3 m2 por metro de anchura de losa
  2. las vigas tengan un área de sección transversal inferior a 0,5 m2
  3. la luz libre de las vigas y las losas no supere los 6,0 m
  4. la altura de la estructura permanente en la cara inferior no supere los 3,5 m

Clase de diseño B: la estabilidad y el diseño se deben estudiar de acuerdo con los Eurocódigos (EN 1990, EN 1991 hasta EN 1999) y con los apartados de la UNE-EN 12812, debido a que se debe realizar un diseño estructural completo.  Por tanto, se deben comprobar los estados límites últimos y de servicio, así como las uniones y detalles. Además, se deben incluir planos que determinen la cimbra en planta para poder realizar el replanteo, los alzados y las secciones, así como los detalles importantes. Dentro de esta clase se incluyen todas las cimbras realizadas con material a medida y todas aquellas de material estándar pero con usos que se salen de sus condiciones de utilización. La clase B2 permite un cálculo más simplificado que la clase B1 para determinar la distribución de la carga, basado en las áreas de influencia que recoge cada vertical o montante de la cimbra. Este cálculo simplificado alcanza el mismo nivel de seguridad. En la clase B1 se supone que el montaje se lleva a cabo con un nivel de destreza apropiado para la construcción permanente (ver normas EN 1090-2 y EN 1090-3 para estructuras metálicas).

Fuera de estas dos clases de diseño, mencionaremos las cimbras especiales, destinadas a la construcción de grandes estructuras (cimbras autolanzables, lanzadores de vigas y dovelas o carros de voladizos sucesivos). se caracterizan por ser cimbras-máquina, es decir, con movimiento, por lo que se precisa de un cálculo muy detallado en todas las posiciones de trabajo.

By STALFORM Engineering [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], from Wikimedia Commons
Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.

 

Componentes de una cimbra montada con elementos prefabricados

Figura 1. https://pixabay.com/es/sitio-las-obras-de-construcci%C3%B3n-592459/
CC0 Creative Commons

Las cimbras, según define la Norma Técnica de Prevención NTP-1069, son estructuras provisionales de apuntalamiento en altura, que sirven para la sustentación de las distintas plataformas, mesas o planchas de trabajo que conforman el encofrado, cumplen, según los casos, funciones de servicio, carga y protección. Las cimbras también se pueden utilizar como apeo para cualquier carga, por ejemplo: estructuras como apeo en fase de montaje, demoliciones, refuerzo de estructuras existentes frente cargas puntuales, etc.

Las torres de cimbra de componentes prefabricados son los más empleados, clasificándose según su método de rigidización, pues se puede triangular completamente en todos los planos verticales (Figura 1) o no.

Las cimbras permiten su funcionamiento como estructuras capaces de soportar cargas de diferente naturaleza. Los principales componentes y elementos principales son los siguientes:

  • Base regulable. Es una placa base metálica, dispuesta en la parte inferior de la torre de cimbra, que permite el apoyo sobre el terreno o cimentación durante el montaje y que, gracias a un husillo, se regula en altura para absorber de las irregularidades en la superficie de apoyo de la torre.
  • Cabezal en U. Se trata de una pieza metálica en U, situada en la parte superior de la torre, encima de los últimos montantes verticales, que permite el apoyo de las vigas primarias que soportan el encofrado.
  • Husillo. Consiste en un dispositivo metálico roscado, utilizado como componente principal en las bases regulables y en los cabezales en U. Es capaz de regular la altura de la cimbra y de liberarla de carga, para su descimbrado, a través de su descenso.
  • Montante. Es un elemento metálico vertical de la cimbra que transmite las cargas soportadas en la parte superior de la cimbra hasta el terreno o cimentación sobre la que se sustenta la torre de cimbra. Su montaje, arriostrado con el resto de los montantes verticales de la torre, configura lo que se denomina “módulos de la cimbra”.
  • Travesaño. Se trata de un elemento metálico horizontal de la cimbra, que conecta horizontalmente dos montantes verticales adyacentes, aumentado la rigidez y la resistencia vertical y estabilidad de la torre de cimbra.
  • Diagonal. Es un elemento metálico dispuesto en la torre de cimbra, que permite conectar de manera diagonal dos montantes verticales adyacentes, aumentando la rigidez y proporcionando una mayor resistencia vertical y lateral de esta estructura auxiliar de carácter temporal.Tanto los travesaños horizontales como las diagonales, son rigidizadores que ajustan, aseguran y estabilizan la torre de cimbra desde su arranque. El número de arriostramientos varía en función de la altura total de la torre, gracias a lo cual se evita el vuelco o desplazamiento de la torre de cimbra ante posibles esfuerzos horizontales, garantizando la estabilidad estructural y la capacidad de carga de la torre de cimbra.
  • Abrazadera/acoplamiento: Se trata de un dispositivo utilizado para conectar dos tubos diferentes. Existen dos tipos principales: acoplamiento de cuña (donde la fuerza de sujeción se obtiene al ajustar una mordaza sobre el tubo mediante el golpeo de una cuña) y el acoplamiento roscado (donde la fuerza de sujeción se obtiene al ajustar una mordaza alrededor del tubo por medio de una tuerca y un perno).
  • Contrapeso. Consiste en material sólido opcional que puede disponer la estructura que conforma la cimbra para proporcionar una mayor estabilidad frente al vuelco por la acción de su peso muerto.
  • Cimiento. Subestructura opcional, en terrenos de poca capacidad portante y de resistencia a compresión, que tiene el objetivo de transmitir la carga de las torres de cimbra a éste en lugar de realizar un apoyo directo sobre el terreno. Como cimentación de las torres de carga suelen disponerse zapatas formadas por durmientes de madera o de hormigón.

 

 

En la Figura 2 siguiente se puede ver un esquema simplificado de los componentes de una cimbra, en este caso, de una cimbra de gran carga MK-360 de la empresa ULMA.

Figura 2. https://www.ulmaconstruction.com/es/encofrados/puntales-cimbras/cimbras-de-gran-carga/cimbra-gran-carga-mk

 

A continuación os dejo una animación del proceso de montaje Cimbra PAL Mecanotubo para aclarar las ideas.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.