Los encofrados son moldes en los que se prefabrica hormigón o materiales similares o se vierten in situ . En el caso de la construcción con hormigón, la cimbra soporta los encofrados . En aplicaciones especiales, el encofrado se puede incorporar permanentemente a la estructura final, agregando aislamiento o ayudando a reforzar la estructura terminada.
Los encofrados podrán ser de madera, metal, plástico o materiales compuestos:
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Algunos de los primeros ejemplos de losas de hormigón fueron construidos por ingenieros romanos. Debido a que el hormigón es bastante fuerte para resistir cargas de compresión , pero tiene una resistencia a la tracción o torsión relativamente pobre , estas primeras estructuras consistían en arcos , bóvedas y cúpulas resistentes a la compresión . La estructura de hormigón más notable de este período es el Panteón de Roma. Para moldear esta estructura se construyeron andamios temporales y encofrados o cimbras en la forma futura de la estructura. Estas técnicas de construcción no se limitaron al vertido de hormigón, sino que se utilizaron y se utilizan ampliamente en la construcción de mampostería . Debido a la complejidad y la capacidad de producción limitada del material de construcción [ cita requerida ] , el ascenso del hormigón como material de construcción favorito no se produjo hasta la invención del cemento Portland y el hormigón armado .
Similar al método tradicional, pero los largueros y vigas generalmente se reemplazan con vigas de madera y los soportes se reemplazan con puntales metálicos ajustables. Esto hace que este método sea más sistemático y reutilizable.
En los albores del renacimiento del hormigón en estructuras de losas, las técnicas de construcción para las estructuras temporales se derivaron nuevamente de la mampostería y la carpintería . La técnica tradicional de encofrado de losas consiste en soportes de madera o troncos de árboles jóvenes, que sostienen hileras de largueros ensamblados aproximadamente a una distancia de 3 a 6 pies o de 1 a 2 metros, dependiendo del espesor de la losa. Entre estos largueros, se colocan vigas a una distancia de aproximadamente 30 cm (12 pulgadas), sobre las cuales se colocan tablas o madera contrachapada . Los largueros y vigas suelen ser de madera de 4 por 4 pulgadas o de 4 por 6 pulgadas. El espesor de madera contrachapada imperial más común es de 3 ⁄ 4 de pulgada y el espesor métrico más común es de 18 mm.
Similar al método tradicional, pero los largueros y vigas se reemplazan por sistemas de encofrado de aluminio o las vigas y soportes de acero se reemplazan por puntales metálicos. Esto también hace que este método sea más sistemático y reutilizable. Las vigas de aluminio se fabrican como unidades telescópicas, lo que les permite abarcar soportes ubicados a diferentes distancias. Las vigas telescópicas de aluminio se pueden utilizar y reutilizar en la construcción de estructuras de distintos tamaños.
Estos sistemas constan de vigas prefabricadas de madera, acero o aluminio y módulos de encofrado. Los módulos no suelen tener un tamaño mayor de 3 a 6 pies o de 1 a 2 metros. Las vigas y el encofrado generalmente se colocan a mano y se fijan, sujetan o atornillan entre sí. Las ventajas de un sistema modular son: no requiere una grúa para colocar el encofrado, velocidad de construcción con mano de obra no calificada, los módulos de encofrado se pueden quitar después de fraguar el concreto dejando solo las vigas en su lugar antes de lograr la resistencia de diseño.
Estos sistemas consisten en "mesas" de encofrado de losas que se reutilizan en múltiples pisos de un edificio sin ser desmanteladas. Las secciones ensambladas se elevan mediante un ascensor o se "hacen volar" mediante una grúa de un piso al siguiente. Una vez en su posición los huecos entre las mesas o la mesa y la pared se rellenan con encofrado temporal. Las formas de las mesas varían en forma y tamaño, así como en su material de construcción, y algunas están sostenidas por vigas integrales. El uso de estos sistemas puede reducir en gran medida el tiempo y la mano de obra necesarios para colocar y cerrar (o "desmontar") el encofrado. Sus ventajas se aprovechan mejor en áreas grandes y estructuras simples. También es común que arquitectos e ingenieros diseñen edificios en torno a uno de estos sistemas.
Una mesa se construye prácticamente de la misma manera que un encofrado de vigas, pero las partes individuales de este sistema están conectadas entre sí de una manera que las hace transportables. El revestimiento más común es el contrachapado , pero se utiliza acero y fibra de vidrio . Las vigas están hechas de madera, madera de ingeniería (a menudo en forma de vigas en I ), aluminio o acero. Los largueros a veces están hechos de vigas en I de madera, pero generalmente de canales de acero. Estos se unen entre sí (atornillados, soldados o empernados) para formar una "cubierta". Estas plataformas suelen ser rectangulares, pero también pueden tener otras formas.
Todos los sistemas de soporte deben poder ajustarse en altura para permitir que el encofrado se coloque a la altura correcta y se retire después de que se haya curado el hormigón. Normalmente se utilizan puntales metálicos regulables similares (o iguales) a los utilizados en el encofrado de losas de vigas para soportar estos sistemas. Algunos sistemas combinan largueros y soportes en armazones de acero o aluminio . Otros sistemas utilizan torres de apuntalamiento con estructura metálica a las que se fijan las plataformas. Otro método común es fijar los tableros de encofrado a muros o columnas previamente coladas, erradicando así por completo el uso de puntales verticales. En este método, las zapatas de soporte ajustables se atornillan a través de orificios (a veces, orificios de amarre) o se unen a anclajes fundidos.
El tamaño de estas mesas puede variar de 70 a 1500 pies cuadrados (6,5 a 140 m 2 ). Hay dos enfoques generales en este sistema:
Esta técnica es bastante común en los Estados Unidos y los países del este de Asia. Las ventajas de este enfoque son la reducción adicional del tiempo de trabajo manual y el costo por unidad de área de losa y una técnica de construcción simple y sistemática. Las desventajas de este enfoque son la alta capacidad de elevación necesaria de las grúas de obra, el costoso tiempo adicional de grúa, los mayores costes de material y la poca flexibilidad.
Con este enfoque, las mesas están limitadas en tamaño y peso. Los anchos típicos están entre 6 y 10 pies (1,8 y 3,0 m), las longitudes típicas están entre 12 y 20 pies (3,7 y 6,1 m), aunque los tamaños de las mesas pueden variar en tamaño y forma. La principal distinción de este enfoque es que las mesas se elevan con una horquilla de transporte de grúa o mediante plataformas elevadoras de material fijadas al costado del edificio. Normalmente, según su tamaño y construcción, se transportan horizontalmente hasta el ascensor o la plataforma elevadora de la grúa con una sola mano y mediante carros desplazables. Los ajustes de posicionamiento finales se pueden realizar mediante carro. Esta técnica goza de popularidad en los EE. UU., Europa y, en general, en países con altos costos laborales. Las ventajas de este enfoque en comparación con el encofrado de vigas o el encofrado modular es una mayor reducción del tiempo y el coste de mano de obra. Las mesas más pequeñas son generalmente más fáciles de personalizar alrededor de edificios geométricamente complicados (redondas o no rectangulares) o de formar alrededor de columnas en comparación con sus contrapartes grandes. Las desventajas de este enfoque son los mayores costes de material y el mayor tiempo de grúa (si se levanta con una horquilla de grúa).
Los encofrados de túnel son encofrados grandes, del tamaño de una habitación, que permiten vaciar paredes y pisos en un solo vertido. Con múltiples formas, todo el piso de un edificio se puede hacer en un solo vertido. Los encofrados de túnel requieren suficiente espacio exterior al edificio para que todo el encofrado pueda deslizarse y elevarse al siguiente nivel. Una sección de las paredes se deja sin encofrar para eliminar las formas. Normalmente los castings se realizan con una frecuencia de 4 días. Los encofrados de túneles son más adecuados para edificios que tienen celdas iguales o similares para permitir la reutilización de los encofrados dentro del piso y de un piso al siguiente, en regiones que tienen altos precios de mano de obra. El encofrado de túneles ahorra tiempo y costo.
Ver arca estructural .
El objetivo principal del aceite para encofrados de hormigón es reducir la adherencia entre la estructura de los cimientos y la mezcla de hormigón vertida en ella. [2] También reduce la posibilidad de que se produzcan grietas y astillas debido al secado o al estrés excesivo del concreto. Sin aceite para encofrados de hormigón, que reduce la adhesión entre superficies, resulta prácticamente imposible retirar la estructura sin dañar los cimientos, la pared o el mamparo. El riesgo también aumenta con el tamaño del nivel. [3]
El encofrado trepante , también conocido como encofrado de salto , es un tipo especial de encofrado para estructuras verticales de hormigón que se eleva con el proceso de construcción. Si bien es relativamente complicado y costoso, puede ser una solución eficaz para edificios que tienen formas muy repetitivas (como torres o rascacielos) o que requieren una estructura de muro sin costuras (utilizando encofrado deslizante , un tipo especial de encofrado trepante).
Existen varios tipos de encofrados trepantes, que se desplazan de vez en cuando o incluso pueden moverse por sí solos (normalmente mediante gatos hidráulicos, necesarios para los encofrados autotrepantes y deslizantes).
Hay un enfoque cada vez mayor en la sostenibilidad en el diseño, respaldado por objetivos de reducción de emisiones de dióxido de carbono . La baja energía incorporada del hormigón en volumen se ve compensada por su tasa de consumo, que hace que la fabricación de cemento sea responsable de alrededor del 5% de las emisiones globales de CO 2 . [5]
El hormigón es un fluido que ofrece la oportunidad de crear de forma económica estructuras de casi cualquier geometría: el hormigón se puede verter en un molde de casi cualquier forma. Sin embargo, el resultado son estructuras con un alto uso de materiales y una gran huella de carbono. El uso omnipresente de moldes ortogonales como encofrado de hormigón ha dado lugar a un vocabulario bien establecido de formas prismáticas para estructuras de hormigón; sin embargo, estos sistemas de encofrado rígido deben resistir presiones considerables y consumir cantidades significativas de material. Además, el miembro resultante requiere más material y tiene un peso propio mayor que uno fundido con una sección transversal variable. [ se necesita aclaración ]
Se pueden utilizar métodos de optimización simples [6] [7] [8] para diseñar un miembro de sección transversal variable en el que la capacidad de flexión y corte en cualquier punto a lo largo de la longitud del elemento refleje los requisitos de la envolvente de carga que se le aplica. [ se necesita aclaración ]
Al reemplazar los moldes convencionales con un sistema flexible compuesto principalmente por láminas de tela de bajo costo, el encofrado flexible aprovecha la fluidez del concreto para crear formas de construcción altamente optimizadas y arquitectónicamente interesantes. Se pueden lograr importantes ahorros de material. [9] La sección optimizada proporciona capacidad de estado límite último al tiempo que reduce el carbono incorporado , mejorando así el rendimiento del ciclo de vida de toda la estructura.
El control de la sección transversal de la viga formada de forma flexible es clave para lograr un diseño con bajo uso de material. El supuesto básico es que una lámina de tela permeable flexible se sujeta en un sistema de cimbra antes de agregar el refuerzo y el concreto. Al variar la geometría del molde de tela con la distancia a lo largo de la viga, se crea la forma optimizada. Por lo tanto, el encofrado flexible tiene el potencial de facilitar el cambio en la filosofía de diseño y construcción que será necesario para avanzar hacia una industria de la construcción menos intensiva en materiales y más sostenible. [10]
El encofrado textil es un pequeño nicho en la tecnología del hormigón. Se utilizan materiales blandos y flexibles como encofrado sobre el hormigón fresco, normalmente con algún tipo de material textil o plástico de fuerte tensión. La Sociedad Internacional de Conformación de Telas lleva a cabo investigaciones sobre encofrados de tela. [11]
Un diseño de la fábrica rusa NPO-22 (marca registrada como Proster , con el modelo 21 diseñado para servir como encofrado) utiliza "láminas" de hierro (con perforaciones) que, si es necesario, se pueden doblar para formar una curva. El encofrado de chapa con carriles en forma de V mantiene su forma en una dirección (verticalmente), pero, antes de reforzarse con vigas de acero, se puede doblar. Se pueden unir varias láminas de la misma manera que se pueden unir vallas hechas de "láminas" de hierro .
Para los encofrados removibles, una vez que el concreto se ha vertido en el encofrado y se ha fraguado (o curado ), el encofrado se golpea o se quita para exponer el concreto terminado. El tiempo entre el vertido y el decapado depende de las especificaciones del trabajo, que incluyen el curado requerido y si el encofrado soporta algún peso; Por lo general, transcurren al menos 24 horas después de que se completa el vertido. Por ejemplo, el Departamento de Transporte de California exige que los formularios permanezcan en su lugar durante 1 a 7 días después del vertido, [12] mientras que el Departamento de Transporte del Estado de Washington exige que los formularios permanezcan en su lugar durante 3 días con una manta húmeda en el exterior. . [13]
Se han producido accidentes espectaculares cuando los encofrados se retiraron demasiado pronto o no estaban suficientemente diseñados para soportar la carga impuesta por el peso del hormigón sin curar. Los "reventones del encofrado" también ocurren cuando un encofrado mal diseñado se dobla o se rompe durante el vertido del concreto (especialmente si se llena con una bomba de concreto de alta presión ). Las consecuencias pueden variar desde fugas menores, que se reparan fácilmente durante el vertido, hasta fallas catastróficas e incluso la muerte.
El hormigón ejerce menos presión contra las formas a medida que se endurece. El endurecimiento es un proceso asintótico , lo que significa que la mayor parte de la resistencia final se logrará después de un corto tiempo, y un mayor endurecimiento con el tiempo reflejará el tipo de cemento, los aditivos y las condiciones de vertido, como la temperatura y la humedad ambiental.
El hormigón húmedo también aplica presión hidrostática al encofrado. Por lo tanto, la presión en la parte inferior del encofrado es mayor que en la parte superior, lo que provoca que la mayoría de las explosiones se produzcan en la parte baja del encofrado. En la ilustración del encofrado de columnas de arriba, las "sujeciones de columnas" están más juntas en la parte inferior. Tenga en cuenta que la columna está reforzada con 'puntales de encofrado' ajustables de acero y utiliza 'pernos pasantes' de 20 mm para soportar aún más el lado largo de la columna.
Algunos modelos de "encofrado permanente" también pueden servir como refuerzo extra de la estructura.
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