madurez del hormigón – El blog de Víctor Yepes

Nomograma para la estimación del plazo de descimbrado según el Código Estructural

Figura 1. Desencofrado parcial de un muro de hormigón armado. Imagen: V. Yepes (2023)

En un artículo anterior ya se habló del cimbrado, recimbrado, clareado y descimbrado de plantas consecutivas de un edificio. Allí se recogieron recomendaciones para estimar el plazo de descimbrado de una estructura de hormigón.

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 °C de las máximas y mínimas diarias durante los j días

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

Esta fórmula ha estado presente en las ediciones de la norma española desde 1973. Ofrece un ajuste que, si bien prioriza la seguridad, proporciona valores adecuadamente precisos. Además, considera tanto la influencia de la temperatura como la relación entre las cargas. De hecho, representa una simplificación de un enfoque más amplio que se encuentra en la Instrucción HA 61.

Si analizamos la fórmula a una temperatura de 20 °C y consideramos la carga total como la que actúa al descimbrar, obtendremos un valor de 28 días. Conforme aumenta la relación entre la carga que actuará posteriormente y la carga que actuará al descimbrar, la fórmula arroja edades de descimbrado cada vez menores, llegando incluso a valores asintóticos. En consecuencia, esta fórmula produce valores que, si bien pueden inclinarse hacia la seguridad, no generan grandes contradicciones. En la Figura 2 se representa el criterio del Código Estructural para los plazos de descimbrado.

Figura 2. Criterio del Código Estructural de descimbrado

Por ejemplo, supongamos que se quiere estimar el plazo de descimbrado de una estructura atendiendo al método sugerido en los comentarios del artículo 53.2 del Código Estructural. Para ello se considera que se ha empleado en la fabricación del hormigón un cemento Portland y el endurecimiento se ha realizado en condiciones ordinarias. Se supone que la carga que actúa en el momento de descimbrar (incluido el peso propio) es de 45 kN y que la carga total que actuará posteriormente es de 65 kN. Suponemos una temperatura media hasta el descimbrado de 18 °C. En este caso, Q = 65-45 = 20 kN; G = 45 kN. El plazo es j = 15,13 días. Por tanto, se podría descimbrar a los 16 días del hormigonado.

Ahora os presentamos un nomograma elaborado junto con el profesor Pedro Martínez-Pagán. Este recurso puede ser valioso para calcular rápidamente el tiempo de descimbrado en función de la temperatura y la relación Q/G. Por ejemplo, de un vistazo se puede determinar el tiempo necesario para el descimbrado en invierno, a 5 °C.

Referencias:

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

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.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

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¿Qué resistencia tiene que tener el hormigón para poder descimbrar?

En una entrada anterior ya se comentó la importancia que tiene determinar bien el plazo de descimbrado. No es un tema menor, pues existen importantes repercusiones tanto en la economía como en la seguridad del proceso constructivo. La determinación del plazo de descimbrado depende del momento en que el hormigón es capaz de soportar los esfuerzos durante la construcción. Por tanto, la edad mínima para proceder al descimbrado depende de varios factores como son la evolución de la resistencia y del módulo de deformación del hormigón, del curado, de la deformabilidad o de la proporción de la carga permanente que actúa en el momento de descimbrado. Para poder determinar este plazo mínimo se pueden considerar dos métodos. Los primeros se basan en la resistencia a tracción del hormigón y los segundos son los métodos propuestos por la EHE-08 en su artículo 74. Sin embargo, los plazos indicados por la EHE-08 no son compatibles con desencofrados rápidos.

Para realizar un descimbrado lo antes posible, es necesario determinar cómo se desarrollan las resistencias mecánicas del hormigón a corto plazo, lo cual va a depender fundamentalmente de la composición de la mezcla y de la temperatura. La resistencia que está directamente ligada con los fenómenos de anclaje y corte es la resistencia a tracción. Si bien esta resistencia a tracción no se considera directamente en el cálculo de estructuras de hormigón armado, resulta crítica para el cálculo de los plazos de descimbrado. Con todo, en algunos casos resulta ser la adherencia el aspecto crítico, pero a efectos prácticos se puede utilizar la resistencia a tracción como crítica para el descimbrado.

Así, si tenemos una estructura con una acción característica de proyecto y en el momento de descimbrar está sometida a una fracción de esta acción, podremos realizar el descimbrado si se cumple la siguiente condición:

Por simplificar, se llama:

donde f_ckt,j es la resistencia a tracción del hormigón a los j días, f_ckt,₂₈ es la resistencia a tracción del hormigón en curado estándar a los 28 días, γ’_fg es el coeficiente de mayoración de acciones aplicable a la situación correspondiente al descimbrado (por tratarse de una situación temporal puede ser menor de la del proyecto, sin ser inferior a 1,25), γ_fg es el coeficiente de mayoración de acciones de proyecto (1,50 para situación persistente o transitoria de efecto desfavorable para una acción permanente de valor no constante, por ejemplo) y α es la relación entre la carga característica de construcción y la característica de la estructura. Conviene fijarse que γ’_fg depende del nivel de control; así Calavera (2002) propone que sea de 1,30 para obras de control de ejecución intenso, de 1,35 para obras de control de ejecución normal y de 1,40 para obras de control reducido.

Si bien la fórmula anterior es correcta, la dificultad estriba en conocer con precisión los valores correspondientes. Así, un método de fácil ejecución en laboratorio consiste en averiguar la resistencia a tracción indirecta del hormigón mediante el ensayo brasileño. Para ello se deben curar las probetas en condiciones análogas a las de la estructuras, y mediante su ensayo a diferentes edades podemos determinar el momento en el que se alcanza el valor mínimo para poder descimbrar.

Otra forma de calcular el plazo de descimbrado consiste en utilizar curvas de referencia, que proporcionan la evolución de la resistencia a tracción en función de la temperatura y del tipo de cemento empleado. En la Figura 1, por ejemplo, se pueden ver las curvas confeccionadas por Alvarado et al. (2005) para un hormigón con resistencia característica a compresión de 25 MPa y endurecimiento normal. Para adecuar la evolución de la temperatura del hormigón en obra, se utiliza el método de madurez, que es una forma de evaluar la resistencia de hormigón recién colocado, relacionando el tiempo y las mediciones de temperatura a valores de resistencia reales. La norma UNE 83160-1 IN proporciona en su Anexo A un ejemplo de aplicación práctica de los métodos de madurez.

Figura 1. Curvas para determinar el plazo de descimbrado para un hormigón de 25 MPa y cemento de endurecimiento normal (Alvarado et al., 2005)

Por último, podríamos utilizar la relación que existe entre la resistencia a tracción directa y la resistencia a compresión. Así, la EHE-08 propone la siguiente relación, cuyo mayor inconveniente es que solo es válida para edades superiores a 7 días y para hormigones de resistencia característica menor o igual a 50 MPa:

sustituyendo las expresiones que relacionan la resistencia a tracción con la resistencia a compresión a edades jóvenes, se obtiene la siguiente condición de la EHE-08 (solo válida para edades superiores a 7 días):

Por otra parte, sabiendo que la resistencia a tracción pura ( f_ckt) está relacionada con la resistencia a tracción indirecta obtenida en el ensayo brasileño (f ‘_ckt ) mediante la siguiente relación aproximada:

se puede concluir que la condición de descimbrado, en función de la resistencia a tracción el ensayo brasileño, sería la siguiente (solo válido para edades superiores a 7 días):

Sin embargo, esta expresión de la EHE-08 donde se requiere una resistencia característica mínima a compresión en el momento de descimbrar puede resultar poco restrictiva para determinados tipos de cementos. Para un cemento CEM II/A-V 42.5, Alvarado et al (2005) proponen la siguiente ecuación, más ajustada que la anterior, para determinar la resistencia a compresión necesaria para el momento del descimbrado:

Por último, como medida de precaución, a pesar de todo lo anteriormente expuesto, se recomiendo un plazo que no baje de 3 días para tener en consideración la incertidumbre inherente al cálculo de la evolución de resistencias del hormigón a edades jóvenes. Asimismo, tampoco se debería descimbrar con resistencias inferiores a los 10 N/mm² por condiciones estéticas (cambio de color, desconchones, textura, etc.) si el paramento de hormigón tiene una finalidad concreta.

Referencias:

Alvarado YA, Calderón PA, Pallarés FJ, Pellicer T (2005). “Estimation of shore removal times in bidirectional in situ concrete floor slabs applying the maturity method”, Bangkok, Thailand.

Alvarado YA, Calderón PA, Adam JM, Payá IJ, Pellicer T, Pallares FJ, Moragues JJ, (2009). “An experimental study into the evolution of loads on shores and slabs during construction of multistory buildings using partial striking”, Engineering Structures, 31(9):2132-2140.

Calavera J (2002). “Calculo, construcción, patología y rehabilitación de forjados de edificación”, INTEMAC, Madrid.

Calavera J, Fernández J (1991). “Cuaderno Nº 3: Criterios para el descimbrado de estructuras de hormigón”, INTEMAC, Madrid.

Calderón PA, Alvarado YA, Adam JM, (2011). “A new simplified procedure to estimate loads on slabs and shoring during the construction of multistorey buildings”, Engineering Structures (2011),

Fernández J (1986). “Estudio experimental de la evolución de las características mecánicas del hormigón curado en diversas condiciones y su aplicación al cálculo de los procesos de descimbrado”, Tesis Doctoral, Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

Ministerio de Fomento (2008). “Instrucción de hormigón estructural. EHE-08”, Comisión Permanente del Hormigón, Madrid.

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

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:

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.

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