Figura 1. Resistencia de fricción contra deslizamiento. Fuente: EN 12812
Los pequeños detalles son los que, en ocasiones, provocan accidentes o problemas importantes en una obra. En este post vamos a comentar brevemente cómo evitar en el cálculo estructural de una cimbra el deslizamiento local del apoyo. Se trata de una comprobación sencilla que vamos a describir siguiendo las indicaciones de la norma UNE-EN 12812 “Cimbras. Requisitos de comportamiento y diseño general”.
La forma de evitar el deslizamiento local de la cimbra se puede realizar confiando en la fricción, mediante un dispositivo mecánico, o por la combinación de ambos. Para este último caso, se debería garantizar que actúan tanto la resistencia a fricción como el dispositivo mecánico de forma conjunta. Téngase en cuenta que la rigidez del dispositivo mecánico y cualquier tolerancia u holgura pueden retrasar el trabajo conjunto.
Para que la resistencia a fricción Rf,d sea suficiente, debe superar al valor de cálculo de la fuerza paralela al plano de apoyo que conduce al deslizamiento, Fd (véase la Figura 1).
Rf,d se calcula de la siguiente forma:
donde:
Los coeficientes de rozamiento dependen de la combinación de materiales. En la siguiente tabla aportada por la norma UNE-EN 12812 se sugieren algunos valores que pueden modificarse si se disponen de datos más reales realizados por experimentación para un caso particular.
En una entrada anterior dimos recomendaciones acerca de la cimentación de una cimbra en el caso particular de la construcción de un puente losa. Ahora vamos a explicar brevemente los requisitos básicos de cualquier tipo de cimbra atendiendo a lo dispuesto en la norma UNE-EN 12812:2008 “Cimbras. Requisitos de comportamiento y diseño estructural”.
Una cimbra, tal y como dispone dicha norma, se utiliza normalmente para soportar las cargas producidas al verter hormigón fresco durante la construcción de estructuras permanentes hasta que se alcance la capacidad de soportar la carga suficientemente, también sirve para absorber las cargas de elementos estructurales, instalaciones y equipos utilizados durante la construcción, el mantenimiento, la reforma o el derribo de las estructuras y, adicionalmente, proporcionan sustento para el almacenamiento temporal de materiales de construcción, elementos estructurales y equipos.
Como puede verse, la cimbra es una estructura que debe transmitir las cargas al terreno o a otra subestructura. Puede ser una subestructura habilitada a tal efecto, la superficie del terreno existente (por ejemplo, roca), una superficie parcialmente excavada y preparada (por ejemplo, tierra), una estructura ya existente o bien un cimiento propiamente dicho.
Apoyo sin ninguna incrustación en el terreno
El cimiento de una cimbra se puede apoyar directamente sobre el terreno, siempre que se retire la capa superficial del suelo. En este caso se deben cumplir las siguientes condiciones:
Los cimientos deben resistir los arrastres por aguas superficiales o subterráneas, al menos, durante la vida de la cimbra. Para ello se puede ejecutar un drenaje o bien se puede proteger dicha cimentación con una capa de hormigón.
No deben existir heladas que afecten a terrenos permeables que sean superficie de apoyo, al menos, durante la vida de la cimbra.
La superficie de apoyo no debe superar el 8% de pendiente. En otro caso, se debe realizar un macizo de apoyo o cualquier otra solución que permita disipar la componente de fuerza en el terreno.
En terrenos cohesivos, y cuando la distancia al borde es grande, se debe disponer de un drenaje por debajo de la base de cimentación.
En el caso de terrenos no cohesivos, se debe asegurar que no sea probable que el nivel freático se eleve a menos de un metro de la parte inferior de la estructura. La razón es mantener el asentamiento en un valor suficientemente bajo.
Se debe verificar la capacidad de esfuerzo cortante lateral.
Apoyo sobre una estructura permanente existente
En este caso hay que verificar la capacidad de la estructura permanente para soportar las cargas aplicadas de la cimbra.
Elementos rectangulares apilados
Se pueden utilizar elementos de madera rectangulares u otros elementos comparables para el apoyo en la ejecución de las torres portantes, así como para el ajuste de la altura de la base de la construcción en combinación con la cimentación. Estos elementos se deben colocar transversalmente, ampliándose el área base con cada capa desde la parte superior a la inferior. Asimismo, se debe comprobar que el apoyo de la ejecución para las torres portantes debe cubrir toda la sección transversal de la torre (Figura 1).
Figura 1. Apoyo de una torre portante mediante elementos apilados. AENOR (2008)
El extremo superior de los elementos apilados debe diseñarse como un apoyo horizontal arriostrado, o bien, se debe estabilizar el punto de apoyo en cualquier dirección horizontal mediante anclajes horizontales. Este elemento apilado se considera como un punto de apoyo horizontal arriostrado si se cumple (Figura 2):
Figura 2. Elemento apilado para ajuste de la altura. AENOR (2008)
Torres de carga
Se requiere asegurar la forma de la sección de la estructura de apoyo mediante anclajes o planos rigidizados, en la parte superior e inferior de la torre. Se puede sustituir dichos anclajes por el propio encofrado o por la cimentación en el caso de que la torre esté bien conectada a dichos elementos.
Referencias.
AENOR (2008). Norma Española UNE-EN 12812 Cimbras. Requisitos de comportamiento y diseño general.
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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 efectuado 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 solo entran dentro de esta clasificación los apeos con puntal. Según la norma, la clase A se puede adoptar solo cuando:
las losas tengan un área de sección transversal inferior a 0,3 m² por metro de anchura de losa
las vigas tengan un área de sección transversal inferior a 0,5 m²
la luz libre de las vigas y las losas no supere los 6,0 m
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 proceder al 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.
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