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Losas aligeradas con análisis multivariante: innovación, eficiencia y sostenibilidad en los Métodos Modernos de Construcción

Innovación y optimización en el diseño estructural: losas aligeradas con análisis multivariante

La construcción moderna está en constante evolución para superar los retos asociados al alto consumo de materiales, la sostenibilidad ambiental y los costes elevados. En este contexto, las losas aligeradas con esferas o discos plásticos presurizados se presentan como una solución estructural innovadora que combina eficiencia, sostenibilidad y funcionalidad. Este artículo detalla, basándose en el análisis exhaustivo del documento presentado, cómo la metodología de análisis multivariante permite dimensionar con precisión este tipo de losas, optimizando recursos y reduciendo el impacto ambiental.

El trabajo se enmarca dentro de los proyectos de investigación HYDELIFE y RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Losas de hormigón armado sin vigas, aligeradas con esferas o discos plásticos. https://www.prenovaglobal.com/index.php/es/losas-sin-vigas-con-esferas-o-discos/

Introducción a las losas aligeradas

Las losas de hormigón armado son elementos clave en cualquier edificación, diseñadas para soportar cargas verticales y transferirlas a los soportes principales. Sin embargo, su peso propio plantea un desafío técnico y económico, especialmente cuando hay grandes luces entre apoyos, ya que se necesitan más materiales y refuerzos, lo que aumenta los costos y el impacto ambiental.

El concepto de losas aligeradas

Este sistema estructural combina los Métodos Modernos de Construcción (MMC) con la sostenibilidad ambiental e integra aligeradores huecos de materiales reciclados, como discos o esferas plásticas presurizadas, en el núcleo de las losas. Estas estructuras reducen el peso propio, optimizan las cargas transmitidas y permiten utilizar menos hormigón y acero sin comprometer la resistencia estructural.

Innovación técnica: metodología para el dimensionamiento

Base del estudio

La metodología presentada analiza 67 edificios construidos con losas aligeradas y registra 75 observaciones de forjados. Estos datos se procesaron mediante análisis estadístico y modelos de regresión multivariante, lo que permitió desarrollar ecuaciones predictivas altamente precisas para calcular el espesor de las losas en función de sus características estructurales.

Variables clave

  1. Luz principal (L): Distancia entre los apoyos principales.
  2. Espesor de la losa (E): Variable dependiente del modelo.
  3. Altura del disco o diámetro de la esfera (H): Elemento aligerante.
  4. Sobrecarga (Q): Definida por el uso del edificio.
  5. Superficie construida: Influye en la carga total transferida.
  6. Número de plantas: Relacionado con la distribución de cargas.

Resultados del análisis

El estudio identificó una fuerte correlación entre estas variables, especialmente entre el espesor de la losa y la luz entre apoyos. Esto permitió formular una ecuación que explica hasta el 98,34 % de la variabilidad del espesor de las losas aligeradas.

Ecuación ajustada del modelo final:

Aspectos destacados:

  • La relación cuadrática entre la luz y el espesor refleja la carga que predomina en la sección.
  • La altura del disco aligerante influye directamente en el diseño, que está condicionada por los espesores comerciales disponibles.

Validación estadística

Se realizaron pruebas de normalidad (Shapiro-Wilk y Kolmogorov-Smirnov) y análisis de residuos. Los residuos siguieron una distribución normal, confirmando la robustez y validez del modelo propuesto.

Criterios de diseño

  • Para luces mayores de 7,2 m o sobrecargas superiores a 2 kN/m², el modelo proporciona cálculos más precisos que las reglas tradicionales.
  • Se recomienda utilizar este modelo como guía inicial para seleccionar el tamaño adecuado de los aligeradores.

Beneficios económicos y ambientales

El uso de losas aligeradas supone una mejora sustancial en términos de costes y sostenibilidad:

Ahorro de materiales

  • Se ha reducido el consumo de hormigón hasta en un 30 %, lo que equivale a 1000 m³ menos por cada 10 000 m² de losas construidas.
  • Disminución del uso de acero en un 20 %, lo que optimiza los refuerzos y las cimentaciones.

Impacto ambiental

  • Reducción de emisiones de CO₂: por cada 10 000 m² de losas, se evita la emisión de 220 toneladas de CO₂.
  • Uso de materiales reciclados para los aligeradores, lo que promueve la economía circular.
  • Se consume menos agua y energía durante la construcción.

Optimización de costes

  • Las estructuras más ligeras reducen la demanda de cimentaciones y elementos de soporte.
  • Se necesita menos cimbrado y los tiempos de construcción son más cortos.
  • Aumento de la eficiencia global del proyecto.

Aplicaciones y comparativas estructurales

Las losas aligeradas son particularmente útiles en edificios residenciales, comerciales e industriales donde se requieren luces amplias (de 5 a 16 m). Su flexibilidad y adaptabilidad permiten su uso en una amplia variedad de aplicaciones.

Comparación con losas macizas

  1. Peso y carga:
    • Las losas aligeradas reducen el peso propio hasta en un 30 %.
    • Al transferir menos cargas a los pilares y cimentaciones, se reduce el riesgo de daños.
  2. Resistencia estructural:
    • Ofrece una resistencia a la flexión y al punzonamiento comparable a la de las losas macizas.
    • Incorporación de zonas macizas alrededor de los pilares para mejorar la capacidad cortante.
  3. Flexibilidad en el diseño:
    • Permite mayores luces y diseños arquitectónicos más libres.
    • Facilita la apertura de huecos para instalaciones o reformas en el futuro.

Desafíos y perspectivas futuras

Aunque este sistema presenta numerosos beneficios, aún enfrenta ciertos retos que deben abordarse:

  1. Estandarización del diseño:
    • Es necesario desarrollar normas que regulen el uso de aligeradores en distintos contextos.
    • Hay que incorporar criterios adicionales, como la resistencia al fuego y la durabilidad, en los modelos de diseño.
  2. Optimización del sistema:
    • Explorar nuevos materiales reciclados para mejorar la sostenibilidad del sistema.
    • Desarrollar herramientas digitales basadas en dicho modelo para facilitar su aplicación.
  3. Estudios comparativos ampliados:
    • Evaluar el rendimiento de las losas aligeradas frente a sistemas tradicionales, como los forjados reticulares.
    • Realizar un análisis del ciclo de vida completo que tenga en cuenta el impacto económico, ambiental y social.

Conclusiones

Este estudio ofrece una herramienta innovadora para el dimensionamiento eficiente de losas aligeradas, basada en el análisis multivariante y en criterios estadísticos rigurosos. Estas estructuras no solo optimizan el uso de materiales, sino que también reducen el impacto ambiental y fomentan la sostenibilidad en la construcción.

Con un enfoque que combina diseño avanzado, ahorro de recursos y flexibilidad arquitectónica, las losas aligeradas están transformando la forma de construir edificios modernos. A medida que se perfeccionen los modelos y se amplíen sus aplicaciones, este sistema se perfilará como una solución fundamental para construir un futuro más sostenible y eficiente.

Os dejo la presentación que se hizo en el congreso:

Como está publicado en abierto, os dejo la comunicación completa a continuación:

Descargar (PDF, 1.39MB)

Referencia:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; GUAYGUA, B.; VILLALBA, P.; YEPES, V. (2024). Ingeniería de proyectos basada en modelos de análisis multivariante. Aplicación al dimensionamiento de losas planas aligeradas. 28th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 3-4 de julio, Jaén (Spain), pp. 445-459. DOI:10.61547/2402013

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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.

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.

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Sistemas de forjado con prelosas

Figura 1. Prelosa armada empleada en la construcción de forjados de edificación. Fuente: https://weckenmann.com/es/infoteca/productos-prefabricados-de-hormig%C3%B3n/prelosas

La prelosa es un componente prefabricado que consta de una lámina inferior de hormigón con un espesor uniforme y nervios dispuestos longitudinalmente. Su función principal es servir como encofrado para el forjado que posteriormente se hormigonará en obra. Una vez que el hormigón ha fraguado, la prelosa se convierte en una placa compuesta junto con el hormigón vertido. Estos elementos representan una evolución industrializada de la vigueta, ya que tienen una sección prefabricada más grande y requieren menos hormigón y armadura durante la instalación en la obra. Es importante destacar que la prelosa actúa como un encofrado y, por lo tanto, debe ser cimbrada, por el hecho de que no es un forjado autoportante.

Estos elementos prefabricados no deben confundirse con las prelosas empleadas en los tableros de puentes, que tienen dimensiones considerablemente mayores y una capacidad resistente más elevada.

Las prelosas se diseñan para utilizarse como parte de los forjados en situaciones donde las luces no sean excesivas, hasta unos 8 m. Pueden ser armadas o pretensadas, pueden tener nervios rigidizadores o armaduras básicas electrosoldadas, y pueden ser macizas o aligeradas. Las dimensiones, refuerzos y piezas especiales se fabrican según las especificaciones del cliente.

  • Las prelosas armadas son losas de hormigón con armaduras básicas electrosoldadas en celosía, generalmente dispuestas longitudinalmente, para lograr una conexión adecuada con el hormigón vertido in situ, completando así su capacidad resistente (Figura 1). El espesor de la losa varía entre 6 y 20 cm, con una anchura normalizada de 120 cm, diseñada para forjados de hasta 50 cm de espesor. Las placas de hormigón que se utilizan como encofrado suelen equiparse con una parrilla que arma la losa de hormigón prefabricado. También se pueden incorporar nervios rigidizadores, especialmente cuando se requiere que la prelosa sea autoportante, evitando la necesidad de sopandas durante el montaje y el vertido de hormigón en la obra. La prelosa presenta una cara superior rugosa con armaduras en celosía salientes para garantizar una buena adherencia del hormigón vertido “in situ”, mientras que la cara inferior es lisa, proporcionando un buen acabado a la vista.
  • Las prelosas pretensadas cuentan con dos o más nervios rigidizadores, generalmente dispuestos longitudinalmente para ofrecer resistencia y rigidez durante la ejecución (Figura 2). Los anchos típicos varían entre 600 mm o 1200 mm. Estas prelosas llevan armadura transversal de fábrica y, en ocasiones, se complementan con armaduras adicionales en la obra. Para permitir el apoyo, las prelosas cuentan con armaduras salientes, ya que no se ajustan completamente a las vigas, dejando un espacio de solo unos centímetros.
Figura 2. Prelosas pretensadas. Fuente: https://www.hermo.net/producto/prelosa-pretensada-2/

Tanto en las prelosas armadas como en las pretensadas, es posible insertar bloques de poliestireno expandido entre los nervios para reducir el peso del forjado final (Figura 2), además de proporcionar un aislamiento térmico parcial adicional. Las prelosas pueden componerse con diversos materiales, como una lámina intermedia de arlita (árido ligero de arcilla expandida) en la losa inferior, diseñada para mejorar la resistencia al fuego y el aislamiento térmico del forjado.

Estos elementos prefabricados se fabrican mediante moldeo, producción en pistas o extrusión. Se utilizan pistas metálicas con cantos biselados en los laterales para proporcionar un acabado óptimo en la superficie visible del elemento, en comparación con una construcción ‘in situ’ con encofrados. La cara inferior de los elementos es completamente plana y lisa. Además, es posible integrar elementos como cajas eléctricas, puntos de luz, registros, etc., lo que permite obtener un techo liso sin necesidad de falsos techos.

La prelosa representa un sistema más avanzado que el tradicional método de vigueta y bovedilla, caracterizándose por un nivel medio de industrialización. Entre sus ventajas, destacan su ejecución rápida y sencilla, al menos en lo que respecta a la sección prefabricada, y la eliminación de la necesidad de encofrar la planta en el caso de prelosas pretensadas.

Otras ventajas adicionales son las siguientes:

  • Simplificación de la construcción al eliminar en gran medida el encofrado y las cimbras (aunque algunas áreas de juntas y transiciones aún pueden requerir trabajo in-situ). En ocasiones, puede ser necesario mantener un cimbrado parcial.
  • Incremento de la precisión geométrica gracias a la utilización de procesos industrializados en entornos más controlados, lo que incluye el acabado.
  • Mejora en la calidad y variedad del hormigón utilizado, gracias a las opciones de mezcla, vertido y curado en un entorno más controlado. Esto incluso puede incluir técnicas de curado al vapor para prevenir la evaporación del agua.
  • Inclusión de pretensado localizado por zonas, lo que optimiza los recursos y mejora el rendimiento estructural.
  • Empleo de calidades superiores de hormigón en áreas de alta demanda, tanto en términos de capacidad estructural como de durabilidad. Dado que las prelosas son la parte siempre expuesta a la intemperie, pueden utilizar un hormigón de mayor compactación e impermeabilidad, o con un diseño optimizado para resistir los ciclos de hielo y deshielo, incluso incluyendo aire en los parámetros óptimos de la mezcla.

Os dejo algunos vídeos donde se ve el montaje de unas prelosas pretensadas.

Referencias:

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

ANDECE (2022). Guía técnica. Forjados prefabricados de hormigón, 89 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. (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.

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Encofrados plásticos en forjados bidireccionales: bañeras o cubetas

Figura 1. Cubetas de plástico recuperable. https://www.ulmaconstruction.es/es-es/encofrados/encofrados-losas/encofrado-recuperable-forjado-reticular-recub

Las cubetas o bañeras son elementos de uso frecuente en forjados bidireccionales. Se presentan en dimensiones habituales de 80/80 – 90/90 y un espesor de 25/40 cm. Estos moldes, fabricados en plástico, ofrecen diversas ventajas, como su ligereza, resistencia al impacto, inmunidad al óxido y capacidad para generar superficies de hormigón lisas.

Es importante realizar una limpieza minuciosa después de cada uso, eliminando los residuos de hormigón con espátulas y aplicando agua a presión para garantizar una limpieza completa. La mayoría de estas cubetas incorpora una válvula que permite inyectar aire a presión en caso de que queden adheridas al hormigón, facilitando así su desencofrado.

Su vida útil puede variar, siendo de alrededor de dos años con un trato normal, un año con un trato descuidado y hasta cuatro años con una manipulación cuidadosa.

Cabe destacar que, en caso de rotura, estas piezas pueden ser reparadas mediante soldadura, aunque la decisión de reparar o reemplazar dependerá principalmente de criterios económicos, ya que el costo de reparación podría superar el de fabricación de una nueva pieza.

Figura 2. Forjado reticular de casetones recuperables. Imagen de Enrique Alario https://twitter.com/EnriqueAlario/status/1027113674455048192

Para prolongar la vida útil de las cubetas, es fundamental evitar ciertas prácticas. Se debe evitar tirar las piezas durante el desencofrado, instalarlas sin limpieza previa o sin aplicar desencofrantes, arrojar piezas del encofrado metálico sobre ellas, desplazarlas arrastrándolas sobre el forjado y apilarlas al aire libre sin protección. La exposición a la lluvia y al frío puede deformarlas.

Asimismo, en el mercado existen sistemas innovadores con piezas modulares plásticas que permiten un montaje rápido y ordenado desde la superficie de apoyo, gracias a su ligereza. También hay disponibles cubetas no recuperables (perdidas) diseñadas específicamente para forjados sanitarios, capaces de soportar sobrecargas de hasta 1000 kg/m².

Os dejo unos vídeos explicativos, que creo son de interés.

Referencias:

  • MONTERO, E. (2006). Puesta en obra del hormigón. Consejo General de la Arquitectura Técnica de España, 750 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:

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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.

El uso de materiales como aluminio, acero de alta resistencia, fibra de vidrio, plásticos especiales, entre otros, para diferentes componentes, ha permitido desarrollar unidades livianas que pueden manipularse de manera segura para lograr un sistema de encofrado práctico. Los componentes de los sistemas de encofrado ligero están diseñados para proporcionar soluciones robustas y fáciles de manejar, capaces de adaptarse tanto a áreas de encofrado regulares como irregulares. La reducción del número de componentes diferentes en un sistema de encofrado permite una mayor movilidad y una rápida instalación del encofrado, además de que muchos de estos componentes tienen usos múltiples.

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

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

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

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

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

La secuencia básica de construcción utilizando este tipo de encofrado es la siguiente:

  1. Se ensamblan el apeo y los paneles de entablado en el suelo o en una losa existente para formar el piso que se va a verter; las juntas en el entablado se sellan.
  2. Se coloca el refuerzo.
  3. Se vierte y cura el hormigón.
  4. Una vez retirado el encofrado, el sistema se desmonta en componentes individuales.
  5. Los componentes se trasladan manualmente y se vuelven a ensamblar en el siguiente nivel o posición, lo que facilita la eficiencia y agilidad en el proceso constructivo.

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

Referencias:

Cursos:

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

 

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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. Los comentarios al artículo 53.2 del Código Estructural proponen determinar el plazo de descimbrado utilizando la siguiente expresión, basada en el concepto de madurez del hormigón (edad equivalente entre dos hormigones dependiente del tiempo y de la temperatura). Esta fórmula solo se aplica a elementos de hormigón armado fabricados con cementos Portland sin adiciones, suponiendo que el endurecimiento se haya realizado en condiciones ordinarias:

Donde:

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

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

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

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

Se puede emplear la tabla de los comentarios del artículo 53.2 del Código Estructural donde se indican los periodos mínimos de desencofrado y descimbrado de elementos de hormigón armado. Esta tabla se puede utilizar cuando no se disponga de datos suficientes y en el caso de haber utilizado cemento de endurecimiento normal. En el caso de períodos de helada durante el endurecimiento del hormigón, se deben incrementar convenientemente estos valores. También se incrementarán estos valores cuando se quiera limitar la fisuración a edades tempranas o sea necesario reducir las deformaciones por fluencia. Esta tabla presupone que no se cimbran plantas consecutivas sobre la considerada.

Tabla de los comentarios del Art. 53.2 del Código Estructural. Periodos mínimos de desencofrado y descimbrado de elementos de hormigón armado

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

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

Os dejo algunos vídeos explicativos:

Referencias:

Cursos:

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

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Contribución a la sostenibilidad de los forjados reticulares

forSe presenta una caracterización estadística de una muestra de 126 de forjados reticulares de hormigón armado empleado en edificación con objeto de establecer fórmulas de predimensionamiento económico y medioambiental de este tipo de elementos estructurales. Para ello se ha realizado un análisis exploratorio y otro multivariante de las variables geométricas determinantes, de los consumos de materiales y de los costes económicos y medioambientales. Los resultados muestran que es posible obtener beneficios medioambientales significativos sin penalizar en exceso el coste económico. Así, una reducción media del 12% en las emisiones de CO2 conlleva una disminución media del coste del orden del 5%. De forma análoga, una contracción máxima del coste del 6% comporta un descenso en torno al 11% en la emisión de estos gases.

 

Referencia:

BALLESTER, M.; VEA, F.J.; YEPES, V. (2011). Análisis multivariante para la estimación de la contribución a la sostenibilidad de los forjados reticulares. V Congreso ACHE, Barcelona, 10 pp.

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Construcción de un forjado reticular

En las estructuras de edificación resulta interesante emplear forjados de losas planas por las ventajas funcionales, constructivas y económicas que presentan. Dentro de las soluciones de techo plano, los forjados reticulares con casetones recuperables de aligeramiento o bien perdidos de hormigón o poliestireno. Estos forjados tienen cada vez mayor presencia en el mercado como consecuencia de su adaptabilidad a geometrías en planta irregulares o complicadas, la facilidad que permiten en su replanteo de las perforaciones requeridas por las cada vez más numerosas instalaciones y su versatilidad para adecuarse a las exigencias de resistencia a fuego.

Un forjado reticular es un tipo de forjado constituido por una cápsula de nervios de hormigón armado, de pequeña anchura y a corta distancia unos de otros. Este sistema permite suprimir las vigas, macizando únicamente las zonas cercanas a los apoyos, dichos macizados son denominados capiteles y son los encargados de recibir las cargas del forjado y distribuirlas por los pilares.

Los casetones resisten el peso de los operarios. Sin embargo, representan una dificultad en cuanto a la circulación durante el proceso de puesta en obra de las armaduras y durante los trabajos de hormigonado.

Para garantizar que se ha realizado un buen montaje de este tipo de encofrado, hay que revisar una serie de puntos clave antes del hormigonado:

  1. Verticalidad de los puntales. Ello garantizará que los puntales trabajen a compresión, tal y como se diseñaron.
  2. La palanca del puntal debe estar hacia abajo, de esta forma se garantiza la máxima fricción entre las planchuelas y la caña del puntal, impidiendo que la caña descienda.
  3. El encofrado debe arriostrarse a todos los pilares para evitar desplazamientos horizontales.
  4. Refuerzo del apuntalamiento en las áreas macizadas.

Os paso el siguiente vídeo (www.cefaestructures.com) que explica la construcción forjado reticular mixto con pilares metálicos.

También os paso un vídeo de la Universidad de Alicante donde se puede ver el proceso constructivo detalle pilar extremo sobre muro de contención y enlace en forjado reticular para la asignatura de Construcción de Estructuras I.

También os paso el vídeo de Enrique Alario sobre el montaje de este tipo de forjado reticular de casetones recuperables.