Los encofrados son moldes en los que se coloca hormigón o materiales similares, ya sea prefabricados o vertidos en el lugar . En el contexto de la construcción con hormigón, los encofrados sirven de soporte a los moldes de encofrado . En aplicaciones especiales, los encofrados pueden incorporarse de forma permanente a la estructura final, lo que añade aislamiento o ayuda a reforzar la estructura terminada.
El encofrado puede estar hecho 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 las vigas se suelen sustituir por vigas de madera de ingeniería y los soportes se sustituyen por puntales metálicos ajustables. Esto hace que este método sea más sistemático y reutilizable.
En los albores del resurgimiento del hormigón en las estructuras de losas, las técnicas de construcción para las estructuras temporales se derivaron nuevamente de la albañilería y la carpintería . La técnica tradicional de encofrado de losas consiste en soportes de madera o troncos de árboles jóvenes, que sostienen filas de largueros ensamblados aproximadamente a 3 a 6 pies o 1 a 2 metros de distancia, dependiendo del espesor de la losa. Entre estos largueros, se colocan viguetas aproximadamente a 12 pulgadas (30 cm) de distancia, sobre las cuales se colocan tablas o madera contrachapada . Los largueros y las viguetas suelen ser de madera de 4 x 4 pulgadas o 4 x 6 pulgadas. El espesor imperial más común del contrachapado es de 3 ⁄ 4 pulgadas y el espesor métrico más común es de 18 mm.
Similar al método tradicional, pero los largueros y las vigas se reemplazan con sistemas de encofrado de aluminio o las vigas de acero y los soportes se reemplazan con puntales de metal. Esto también hace que este método sea más sistemático y reutilizable. Las vigas de aluminio se fabrican como unidades telescópicas que les permiten abarcar soportes que se encuentran a diferentes distancias entre sí. Las vigas telescópicas de aluminio se pueden usar y reutilizar en la construcción de estructuras de diferentes tamaños.
Estos sistemas consisten en vigas de madera, acero o aluminio prefabricadas y módulos de encofrado. Los módulos no suelen tener un tamaño mayor de 3 a 6 pies o 1 a 2 metros. Las vigas y el encofrado se colocan normalmente a mano y se fijan con pasadores, clips o tornillos. Las ventajas de un sistema modular son: no requiere una grúa para colocar el encofrado, velocidad de construcción con mano de obra no especializada, los módulos de encofrado se pueden quitar después de que el hormigón fragüe, dejando solo las vigas en su lugar antes de alcanzar la resistencia de diseño.
Estos sistemas consisten en "mesas" de encofrado de losas que se reutilizan en varios pisos de un edificio sin desmontarlas. Las secciones ensambladas se elevan mediante un elevador o se "trasladan" con una grúa de un piso al siguiente. Una vez en posición, los espacios entre las mesas o entre la mesa y la pared se rellenan con encofrado temporal. Los encofrados de las mesas varían en forma y tamaño, así como en su material de construcción, y algunos están sostenidos por cerchas integrales. El uso de estos sistemas puede reducir en gran medida el tiempo y el trabajo manual necesarios para colocar y desencofrar (o "desencofrar") el encofrado. Sus ventajas se aprovechan mejor en estructuras grandes y simples. También es común que los arquitectos e ingenieros diseñen edificios en torno a uno de estos sistemas.
Una mesa se construye de forma muy similar a un encofrado de vigas, pero las piezas individuales de este sistema están conectadas entre sí de forma que sean transportables. El revestimiento más común es de madera contrachapada , pero también se utilizan acero y fibra de vidrio . Las vigas están hechas de madera, madera industrializada (a menudo en forma de vigas en I ), aluminio o acero. Los largueros a veces están hechos de vigas en I de madera, pero normalmente están hechos de canales de acero. Estos se sujetan entre sí (atornillados, soldados o atornillados) para formar una "cubierta". Estas cubiertas suelen ser rectangulares, pero también pueden tener otras formas.
Todos los sistemas de soporte deben ser regulables en altura para permitir que el encofrado se coloque a la altura correcta y se retire una vez que el hormigón se haya curado. Normalmente, se utilizan puntales metálicos ajustables similares a (o iguales a) los utilizados para el encofrado de losas con vigas para sostener estos sistemas. Algunos sistemas combinan largueros y soportes en cerchas de acero o aluminio . Sin embargo, otros sistemas utilizan torres de apuntalamiento con armazón de metal, a las que se fijan las cubiertas. Otro método común es fijar las cubiertas del encofrado a muros o columnas previamente hormigonados, 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 fijan a anclajes hormigonados.
El tamaño de estas mesas puede variar de 70 a 1.500 pies cuadrados (6,5 a 140 m2 ) . Existen dos enfoques generales en este sistema:
Esta técnica es bastante común en los Estados Unidos y en los países del este asiático. Las ventajas de este enfoque son la reducción adicional del tiempo de trabajo manual y del 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 la obra, el tiempo adicional de grúa costoso, los costos más altos de los materiales y la poca flexibilidad.
Con este método, las mesas tienen un tamaño y un peso limitados. Los anchos típicos son de entre 6 y 10 pies (1,8 y 3,0 m), las longitudes típicas son de 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 método es que las mesas se levantan con una horquilla de transporte de grúa o con elevadores de plataforma de material unidos al costado del edificio. Por lo general, se transportan horizontalmente hasta el elevador o la plataforma de elevación de la grúa con una sola mano con carros móviles según su tamaño y construcción. Los ajustes de posicionamiento final se pueden realizar con carros. Esta técnica goza de popularidad en los EE. UU., Europa y, en general, en países con altos costos de mano de obra. Las ventajas de este método en comparación con el encofrado de vigas o el encofrado modular son una mayor reducción del tiempo y el costo de la mano de obra. Las mesas más pequeñas generalmente son más fáciles de personalizar alrededor de edificios geométricamente complicados (redondos o no rectangulares) o para encofrar alrededor de columnas en comparación con sus contrapartes grandes. Las desventajas de este método son los mayores costos de material y el aumento del tiempo de grúa (si se levanta con la horquilla de la grúa).
Los encofrados para túneles son encofrados grandes, del tamaño de una habitación, que permiten hormigonar paredes y pisos en un solo vertido. Con varios encofrados, se puede hormigonar todo el piso de un edificio en un solo vertido. Los encofrados para túneles requieren suficiente espacio en el exterior del edificio para poder sacar todo el encofrado y elevarlo hasta el siguiente nivel. Se deja una sección de las paredes sin hormigonar para retirar los encofrados. Normalmente, los hormigonados se realizan con una frecuencia de 4 días. Los encofrados para 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 con altos precios de mano de obra. El encofrado para túneles ahorra tiempo y dinero.
Ver casetón estructural .
El objetivo principal del aceite para encofrados de hormigón es reducir la adherencia entre la estructura de cimentación 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 exceso de tensión del hormigón. Sin aceite para encofrados de hormigón, que reduce la adherencia entre superficies, resulta prácticamente imposible retirar la estructura sin dañar la cimentación, la pared o el mamparo. El riesgo también aumenta con el tamaño de la grada. [3]
El encofrado trepador , 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 una forma muy repetitiva (como torres o rascacielos) o que requieren una estructura de pared sin juntas (utilizando encofrado deslizante , un tipo especial de encofrado trepador).
Existen varios tipos de encofrados trepadores, que se pueden reubicar cada cierto tiempo o incluso moverse por sí solos (generalmente sobre gatos hidráulicos, necesarios para encofrados autotrepantes y deslizantes).
Cada vez se presta más atención a la sostenibilidad en el diseño, respaldada por los objetivos de reducción de las emisiones de dióxido de carbono . La baja energía incorporada del hormigón por volumen se compensa con su tasa de consumo, que hace que la fabricación de cemento sea responsable de aproximadamente el 5% de las emisiones globales de CO2 . [ 5]
El hormigón es un fluido que ofrece la oportunidad de crear económicamente estructuras de casi cualquier geometría: el hormigón se puede verter en un molde de casi cualquier forma. Sin embargo, el resultado son estructuras que requieren un alto consumo de material y una gran huella de carbono. El uso generalizado de moldes ortogonales como encofrado de hormigón ha dado lugar a un vocabulario bien establecido de encofrados prismáticos para estructuras de hormigón, pero estos sistemas de encofrado rígidos deben resistir presiones considerables y consumir cantidades significativas de material. Además, el elemento resultante requiere más material y tiene un mayor peso propio que uno colado con una sección transversal variable. [ aclaración necesaria ]
Se pueden utilizar métodos de optimización simples [6] [7] [8] para diseñar un elemento 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. [ aclaración necesaria ]
Al reemplazar los moldes convencionales por un sistema flexible compuesto principalmente de láminas de tela de bajo costo, el encofrado flexible aprovecha la fluidez del hormigón para crear formas de construcción arquitectónicamente interesantes y altamente optimizadas. Se pueden lograr ahorros significativos de material. [9] La sección optimizada proporciona capacidad de estado límite máximo 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 una viga formada de manera flexible es clave para lograr un diseño que utilice poco material. El supuesto básico es que una lámina de tejido permeable flexible se mantiene en un sistema de cimbra antes de agregar el refuerzo y el hormigón. Al variar la geometría del molde de tejido 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 que utilice menos material y sea más sostenible. [10]
El encofrado de tela es un nicho pequeño en la tecnología del hormigón. Utiliza materiales blandos y flexibles como encofrado contra el hormigón fresco, normalmente con algún tipo de material textil o plástico de gran tensión. La Sociedad Internacional de Encofrado de Telas lleva a cabo investigaciones sobre el encofrado de tela. [11]
El diseño de la fábrica rusa NPO-22 (marca registrada 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 a base de láminas con rieles en forma de V mantiene la forma en una dirección (verticalmente) pero, antes de ser reforzado con vigas de acero, se puede doblar. Se pueden unir varias láminas de la misma manera que se pueden unir las vallas hechas de "láminas" de hierro .
En el caso de los encofrados desmontables, una vez que el hormigón se ha vertido en el encofrado y se ha fraguado (o curado ), se desencofra o se desencofra para exponer el hormigón terminado. El tiempo entre el vertido y el desencofrado depende de las especificaciones del trabajo, que incluyen el curado requerido y si el encofrado soporta algún peso; por lo general, es de al menos 24 horas después de que se completa el vertido. Por ejemplo, el Departamento de Transporte de California requiere que los encofrados permanezcan en su lugar durante 1 a 7 días después del vertido, [12] mientras que el Departamento de Transporte del Estado de Washington requiere que los encofrados 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 diseñados para soportar la carga impuesta por el peso del hormigón sin curar. También se producen "reventones de encofrados" cuando un encofrado mal diseñado se dobla o se rompe durante el vertido del hormigón (especialmente si se llena con una bomba de hormigón de alta presión ). Las consecuencias pueden variar desde pequeñas fugas, que se pueden reparar fácilmente durante el vertido, hasta una falla catastrófica del encofrado e incluso la muerte.
El hormigón ejerce menos presión contra los encofrados a medida que se endurece. El endurecimiento es un proceso asintótico , lo que significa que la mayor parte de la resistencia final se alcanzará después de un corto período de tiempo, y que el endurecimiento aumentará con el tiempo, lo que 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 los reventones se produzcan en la parte inferior del encofrado. En la ilustración del encofrado de columnas anterior, las "abrazaderas de columna" están más juntas en la parte inferior. Observe que la columna está apuntalada con "puntales de encofrado" ajustables de acero y utiliza "pernos pasantes" de 20 mm para sujetar aún más el lado largo de la columna.
Algunos modelos de “encofrados permanentes” también pueden servir como refuerzo extra de la estructura.
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