SISTEMA DE CIMBRA PARA CONCRETO
Awad S. Hanna
Sistemas de cimbra para concreto A wad S. Han na
INSTITUTO MEXICANO DEL CEMENTO Y DEL CONCRETO A.C.
SISTEMAS DE CIMBRA PARA CONCRETO Autor: Awad S. Hanna
Título original en inglés: Concrete Formwork Systems © 1999, Marcel Dekker, Inc. © 2013, Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C. Revisión técnica: M. en C. Eduardo Figueroa Gutiérrez Producción editorial: M. en A. Soledad Moliné Venanzi
Este libro fue publicado originalmente en inglés. Por lo tanto, cuando existan dudas respecto de algún significado preciso deberá tomarse en cuenta la versión en ingles. En esta publicación se respetan escrupulosamente las ideas, puntos de vista y especificaciones originales. Por lo tanto, el Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A. C. no asume responsabilidad alguna (incluyendo, pero no limitando, la que se derive de riesgos, calidad de materiales, métodos constructivos, etc.) por la aplicación de los principios o procedimientos de este volumen. Todos los derechos reservados, incluyendo los de reproducción y uso de cualquier forma o medio, así como el fotocopiado, proceso fotográfico por medio de dispositivo mecánico o electrónico, de impresión, escrito u oral, grabación para reproducir en audio o visualmente, o para el uso en sistema o dispositivo de almacenamiento y recuperación de información, a menos que exista permiso escrito obtenido de los propietarios de los derechos. La presentación y disposición en conjunto del libro SISTEMAS DE CIMBRA PARA CONCRETO son propiedad del editor. Ninguna parte de esta obra puede ser reproducida o transmitida, por algún sistema o método, electrónico o mecánico (incluyendo el fotocopiado, la grabación o cualquier sistema de almacenamiento y recuperación de información), sin consentimiento por escrito del editor.
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© 2013 Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A. C. Av. Insurgentes Sur 1846, Col. Florida, México, D. F., C.P. 01030 Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial. Registro# 1052
Impreso en México
ISBN 968-464-148-6
PROLOGO El desarrollo de cimbras ha sido paralelo al crecimiento de la construcción con concreto durante el siglo 20. En las últimas décadas, la tecnología de cimbras ha llegado a ser crecientemente importante en la reducción de los costos totales, puesto que el marco estructural constituye una gran parte del costo de un sistema de cimbrado. Este libro tiene tres objetivos. El primero es el de proporcionar descripciones técnicas y evaluaciones de diez sistemas de cimbra que se utilizan .comunmente en la construcción con concreto. El segundo es el de servir como una herramienta para ayudar a loas contratistas a seleccionar el sistema óptimo de cimbrado. El tercero es el de ofrecer los criterios de diseño para cimbra convencional de losas y muros, usando los esfuerzos y los factores de modificación de esfuerzos provistos por las Especificaciones Nacionales de Diseño por sus siglas en inglés (NDS National Design Specification), y la Asociación Americana del Triplay (APA American Playgood Asociation). Después de un amplio capítulo de introducción, se presentan cinco tipos de sistemas de cimbra para losas de concreto en los capítulos 2 al 5. Estos son cimbras convencionales de madera, cimbras convencionales de metal, cimbras volantes, el sistema de apuntalamiento montado en columnas, y las cimbras túnel. Los cuatro últimos capítulos describen cinco tipos de sistemas de cimbra para columnas y muros de concreto: cimbras convencionales de madera, cimbras agrupadas, cimbras trepadoras, cimbras deslizantes, y cimbras autoelevables. Se presta particular atención a temas tales como componentes de sistemas, ciclos típicos de trabajo, productividad, y las ventajas y desventajas asociadas con el uso de distintos sistemas. La selección de un sistema de cimbra es una decisión crítica con muy serias implicaciones. Debe darse la consideración debida a factores como la productividad del sistema, la seguridad, la durabilidad, y muchas otras variables que pueden ser específicas para el sitio o la obra en curso. Los capítulos 5 y 9 proporcionan un análisis comparativo de sistemas de cimbra para trabajo horizontal y vertical de concreto para facilitar la selección del sistema óptimo de cimbrado. La literatura existente de diseño de cimbra es incongruente con los criterios de diseño para madera proporcionada por las especificaciones NDS y la AP A. Los capítulos 3 y 7 presentan un e~1foque sistemático para el diseño de cimbras usando los criterios del Comité 347-94 del Instituto Americano del Concreto (ACl). las NDS. y la APA. Para los lectores internacionales. se proporciona la conversión a unidades métricas en el Apéndice. Este libro está dirigido principalmente a los administradores de la construcción, a la ingeniería de construcción, a los estudiantes de administración, y a los contratistas de concreto. También puede servir como un texto útil para un curso de posgrado en cimbras de concreto, y debe ser útil para ingenieros de la practica. arquitectos e investigadores. iii.
Agradecimientos Presento mis reconocimientos a varias personas que fueron de importancia en alguna forma en la elaboración de este libro. Comienzo con mis amigos y colegas en la Universidad de Wisconsin-Madison. El apoyo y_ entusiasmo de los profesores John Bollinger, Al Wortley, JeffRussell, Dick Straub, y Gary Bubenzer será siempre recordado. También quisiera agradecer a mis estudiantes por inspirarme para explorar más el campo del cimbrado de concreto. Gracias también a mi alumno Alan Lau, quien me ayudó a preparar las gráficas. Un agradecimiento especial a los muchos contratistas que me proporcionaron datos y gráficas. Quisiera agradecer en especial al grupo editorial de Marce! Dekker, Inc. por su fuerte apoyo. Además quiero patentar mi sentido agradecimiento a mi querida esposa Paula y a nuestro hijo Rewais. Es imposible describir el apoyo que Paula me brindó a lo largo de la elaboración de este libro. Como dediqué cientos de largas horas en mi computadora preparando este manuscrito, su amor infinito y apoyo me inspiraron para continuar avanzando. De más importancia, ella me brindó el mayor regalo, nuestro hijo Rewais quien es mi verdadera razón para vivir. Mi respeto y amor para los dos Quiero aprovechar esta oportunidad para agradecer a mi familia por su gran amor y apoyo devoto a lo largo de los años, en particular, a mis padres ya fallecidos Soliman y Sofia Hanna, que me enseñaron cómo trabajar duramente y me entusiasmaron para lograr mis sueños. También quisiera agradecer a mis hermanas, Evette, Mervat, Moura, Sonia, y Janette, y a mi hermano Maged, por apoyar mis esfuerzos. También quiero mencionar a mi suegra y a mi suegro, Botros y Bernice Hemaya, quienes creyeron en mi. Finalmente, mi agradecimiento a los Profesores Jack Willenbrock y Victor Sanvido, mis mentores, pero más que todo mis amigos. Ellos me proporcionaron consejos y numerosas experiencias durante años por lo que estaré siempre agradecido.
Contenido
Prólogo
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Agradecimientos
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l. Cimbrado del concreto: introducción
1
1.1 Construcción con concreto 3 1.2 Cimbra para concreto 3 1.3 Economía e importancia de la cimbra
4
1.4 Un ciclo integrado de concreto/duración de la cimbra
7
1.5 Materiales para cimbra 1O 2 Sistemas de cimbra horizontal: sistemas instalados manualmente 2.1 Clasificación de sistemas de cimbra horizontal
19
21
2.2 Sistema de cimbra convencional de madera 21 2.3 Sistemas convencionales de metal 26 2.4 Sistema especial de cimbra horizontal 29 3 Diseño de cimbra para losas
31
3.1 Propiedades de los materiales para cimbra 33 3 .2 Propiedades geométricas 33 3.3 Propiedades de la madera aserrada 38 3.4 Propiedades del triplay 52 3.5 Diseño de cimbra para losas 60 3 .6 Secuencia del diseño 61 4 Sistemas de cimbra horizontal: sistemas instalados con grúa
69
4. 1 Sistema de cimbra voladora 71 4.2 Sistemas de apuntalamiento montado en columnas 77
Vll
4.3 Sistema de cimbra túnel 81
5 Criterios de selección para sistema de cimbra horizontal
89
5.1 Factores que influyenen la selección de cimbra horizontal 91 5.2 Elección del sistema adecuado de cimbra utilizando tablas 97
6 Sistemas de cimbrado vertical: sistemas de colocación con grúa
101
6.1 Introducción a sistemas de cimbra vertical 103 6.2 Sistemas convencionales de cimbra para muros y columnas 103 6.3 Sistemas de cimbra agrupada 107 6.4 Cimbra trepadora
109
7 Diseño de cimbra para muros
117
7 .1 Componentes de la cimbra para muros 119 7 .2 Cargas de diseño 119 7 .3 Método de análisis 121 7.4 Cálculo de esfuerzos 122 7 .5 Determinación del claro máximo permisible 122 7.6 Diseño de contraventeo lateral 123
8 Sistemas de cimbrado vertical: sistemas independientes de grúa
133
8.1 Cimbra deslizante 135 8.2 Sistema de cimbra auto-elevable 142
9 Criterios de selección para sistemas de cimbra vertical
151
9.1 Factores que influyen en la selección de un sistema de cimbra vertical 153 9.2 Elección del sistema adecuado de cimbra usando tablas comparativas 159
Vlll
Referencias
163
Apéndice
167
Índice
171
o
1mcyc
1 Cimbrado del concreto: introducción 1.1
Construcción con concreto 3
1.2
Cimbra para concreto 3
1.3
Economía e importancia de la cimbra 4
1.4
Un ciclo integrado concreto/duración de la cimbra 5
1.5
Materiales para cimbra 1O
o
1mcyc Cimbrado del concreto: introducción
1.1 Construcción con concreto Una estructura de concreto reforzado con calidad ofrece muchas ventajas sobre estructuras hechas con otros materiales de construcción. El concreto es un material durable que reduce los costos de mantenimiento del edificio y proporciona una vida de servicio más larga. Una estructura de concreto reducirá el uso de energía debido a su masa y a su alta resistencia a los cambios térmicos. El uso de concreto disminuirá los costos de seguros debido a su alta resistencia al fuego. Los edificios hechos con concreto son también más seguros contra robos y vandalismo. Los pisos y muros de concreto reducen la transferencia de ruido produciendo un entorno más tranquilo y ocupantes más felices. El concreto reforzado posee resistencia considerable para resistir cargas sísmicas y de viento. Estos factores y otros más hacen la selección del concreto reforzado una alternativa económica.
1.2 Cimbra para concreto La construcción de un edificio de concreto requiere cimbra para soportar las losas (cimbra horizontal) así como a las columnas y muros (cimbra vertical). Los términos cimbrado del concreto, y cimbra para concreto ti_enen el mismo significado y se usan alternativamente en este libro. La cimbra se define como una estructura temporal cuyo propósito es el de proporcionar apoyo y contención al concreto fresco hasta que se pueda sostener por sí mismo. Moldea al concreto a la forma y tamaño deseados, y controla su posición y su alineamiento. Las cimbras de concreto son estructuras con ingeniería que se requieren para soportar cargas tales como el peso del concreto fresco, materiales de construcción, equipo, trabajadores, diversos impactos, y algunas veces viento. Las cimbras deben soportar todas las cargas aplicadas sin colapsar y sin flexionarse excesivamente.
1.2.1 Sistemas de cimbra Un sistema de cimbra es definido como "el sistema total de apoyo para concreto recientemente colocado incluyendo el molde o forro que queda en contacto con el concreto así como los miembros de soporte, los herrajes, y los contraventeos". El desarrollo de los sistemas de cimbra ha sido paralelo al incremento de la construcción con concreto a lo largo del siglo veinte. En cuanto el concreto ha ido avanzando y se le han asignado tareas estructurales cada vez más importantes, los constructores de cimbras han tenido que guardar el mismo avance. Los diseñadores de cimbras y los constructores se_ están dando cuenta cada vez más de la necesidad de estar al tanto de los avances tecnológicos con otros materiales, con el fin de desarrollar innovaciones creativas que se requieren para mantener la calidad y la economía frente a los nuevos retos de las cimbras. La cimbra se construye la primera vez en el lugar de la obra, se utiliza una sola vez, y se desecha posteriormente. Sin embargo, hoy la tendencia es hacia incrementar la prefabricación, el ensamble en grandes unidades, la Awad S.Hanna
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uncyc Capítulo 1
erección por medios mecánicos, y el re-uso continuo de las cimbras. Estos desarrollos avanzan con la mecaniza- · ción creciente de la producción en los sitios de construcción y en otros campos.
1.3 Economía e importancia de la cimbra La cimbra es el componente de mayor costo para un edificio típico de concreto reforzado de varios pisos. El costo de la cimbra representa del 40 al 60 por ciento del costo de la estructura de concreto y aproximadamente 1O por ciento del costo total del edificio. La Figura 1.1 presenta un análisis de diferentes categorías de costos para cimbra de losas y de muros de concreto convencionales. Una gran proporción del costo de la cimbra conven·cional está relacionaqo con los costos de mano de obra del cimbrado. Se podría lograr un ahorro significativo reduciendo los costos de la mano de obra. Los costos de la cimbra no son el único componente importante del. ciclo de vida de la misma. Otros aspectos importantes de la operación del cimbrado incluyen la velocidad, la seguridad, y la calidad.
Colocación del concreto 3%
Refuerzo 28%
Mano de obra del cimbrado 38%
(a)
Materiales para concreto 30%
Mano de del cimbrado--~52%
(b)
.Figura' 1.1 Distribución de los costos para losas y muros de concreto colados en sitio: (a) losa, (b) muro.
1.3.1 Rapidez La rapidez de la construcción es definida como el ritmo al cual el edificio de concreto es levantado, y puede ser expresada en términos del número de pisos erigidos por semana o por mes. La rapidez de la construcción puede también medirse en términos de pulgadas o milímetros de concreto colado por hora. Las operaciones del cimbrado pueden controlar el ritmo de los proyectos de construcción. La cimbra es normalmente sostenida por varios niveles de puntales que soportan las cargas hasta que el concreto obtiene suficiente resistencia para sostener su
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Sistemas <.le Cimbras
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1mcyc Cimbrado del concn:to: introducción
propio peso y todas las cargas aplicadas externamente. Los puntales son elementos verticales hechos de madera que soportan al concreto recientemente colado y qµe no ha desarrollado completamente su resistencia de diseño. Por otra parte, el re-apuntalamiento se usa cuando el apuntalamiento original es retirado y reemplazado para evitar deflexiones del concreto curado. Como. resultado, varios pisos pueden ser bloqueados, evitando el avance de cualesquiera otras actividades de construcción. Un ciclo más rápido de cimbrado desde la erección hasta el descimbrado permitirá un retiro más rápido del apuntalamiento y re-apuntalamiento y un avance total más rápido del proyecto en general.
1.3.2 Seguridad Las operaciones del cimbrado son riesgosas. y los trabajadores generalmente están comúnmente expuestos a condiciones de trabajo inseguras. Una falla parcial o total del cimbrado es uno de los mayores contribuyentes de muertos. heridos, y daños materiales dentro de la industria de la construcción. Otro riesgo común ocurre durante el retiro de la cimbra cuando elementos sueltos de cimbra caen sobre los trabajadores que se encuentran en ni ve .. les inferiores. Los colapsos estructurales y fallas que involucran estructuras de concreto representan el 25 por ciento de todas las fallas de construcción. Más del 50 por ciento de fallas en estructuras de concreto durante la construcción se atribuye a fallas de cimbras. Las fallas del cimbrado resultan de diseño estructural inadecuado de la cimbra, apuntalamiento y reapuntalamiento inadecuados, prácticas incorrectas de construcción, contraventeo inadecuado. apoyo inestable del suelo, e insuficiente resistencia del concreto para soportar cargas aplicadas durante la construcción. Los contratistas son generalmente los responsables de la estabilidad y seguridad de la cimbra. Los contratistas son regidos por varios códigos y reglamentos federales, estatales y locales, que regulan la seguridad de la cimbra. La mayoría de estos documentos proporcionan lineamientos generales para la seguridad, pero no ofrecen garantía alguna ·contra fallas. Los contratistas generalmente están tratando de lograr el retiro rápido de los elementos del cimbrado sin comprometer la seguridad y la integridad de las estructuras.
1.3.3 Calidad La calidad del concreto resultante es consecuencia de la calidad de los materiales del cimbrado y de la mano de obra. Muchos problemas del concreto tales como decoloración, manchas, y empolvamiento son atribuidos al cimbrado del concreto. Igualmente, algunas superficies deformadas del concreto se deben a sistemas deformados de cimbra causados por re-usos repetidos e inadecuado apoyo del cimbrado.
1.4 Un ciclo integrado concreto/duración de la cimbra El propósito de esta sección es el de introducir la operación de cimbrado como una parte integrada del proceso total de construcción, y de explicar alguna de la terminología usada en concreto y en el cimbrado del concreto. El proceso de proveer cimbra y concreto es altamente integrado. El círculo izquierdo en la Figura 1.2 representa el ciclo de vidc:t de la cimbra, mientras que el círculo derecho representa el ciclo de vida de la construcción con concreto. Los dos puntos de intersección representan el inicio y el final del ciclo de vida de la construcción con concreto. Awad S.Hanna
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1mcyc Capitulo 1
Inicio
Figura 1.2 Ciclo de vida integrado cimbra-concreto.
El ciclo de vida del cimbrado se inicia con la actividad "selección de cimbra". Las actividades físicas en el ciclo de vida del cimbrado están representadas por estos pasos: ( 1) Fabricar la cimbra (2) Colocar la cimbra y (3) Retirar la cimbra. El ciclo de vida de la construcción con concreto comienza después de la actividad "fabricar la cimbra" y termina antes de la actividad "retirar el cimbrado". La función del ciclo de vida del cimbrado es la de proveer a la estructura con la forma y dimensiones especificadas, mientras que la función del ciclo de vida de la construcción de concreto es la de proveer la estructura con concreto de resistencia, durabilidad, y textura de superficie especificadas. A continuación se presenta una breve descripción de cada fase de los ciclos de vida del concreto y del cimbrado.
1.4.1 Elección del sistema de cimbra La actividad de la elección del sistema de cimbra incluye el proceso de seleccionar los sistemas de cimbra para diferentes elementos estructurales. También incluye el proce~o 'de seleccionar accesorios, contraventeo, y un agente desmoldante para el sistema seleccionado. Hc;ty varios sistemas de cimbra usados en la construcción de estructuras de concreto reforzado. Por ejemplo, los sistemas de cimbra para losas de concreto pueden clasificarse como armados a mano o sistemas convencionales, y sistemas colocados con grúa. Los sistemas convencionales aún son los sistemas más comunes y populares de cimbrado. Su popularidad proviene de su habilidad para moldear diferentes formas y elementos. Sin embargo, el cimbrado convencional generalmente requiere altos costos de mano de obra y materiales. Los sistemas no convencionales o de instalación con grúa han ganado popularidad creciente debido a los bajos costos de mano de obra y a su habilidad de lograr un ciclo de construcción más rápido.
1.4.2 Fabricación de la cimbra El segundo paso en el ciclo de vida del cimbrado es fabricar la cimbra. Esta actividad incluye el recibir los materiales, cortar y almacenar los materiales por tamaños y tipos, ensamblar las piezas para dar las formas y tamaños deseados, y almacenar las cimbras cerca de los equipos de izamiento. El contratista puede también elegir entre construir las cimbras en el sitio de la obra estableciendo un área especial de fabricación, o construir muchas cimbras en un taller central y transportarlas al sitio de la obra. El contratista también puede elegir entre construir las 6
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1mcyc Cimbrado del concreto: introducción
cimbras mismas y comprarlas o rentarlas. Muchos contratistas encuentran que rentar las cimbras para un uso específico les permite más flexibilidad para controlar el volumen de trabajo que son capaces de realizar.
1.4.3 Colocar la cimbra, insertos y el refuerzo El método y la secuencia de instalar la cimbra puede variar dependiendo de la disponibilidad del equipo de izamiento y de si se preensambla el acero de refuerzo. Las cimbras generalmente se operan manualmente por medio de malacates o por grúa. La actividad de instalar la cimbra incluye el proceso de levantar, colocar en posición, y alinear los diferentes elementos de la cimbra. Esta actividad también incluye el proceso de aplicar el agente des~ moldante o recubrimiento que evite la adherencia del concreto a los moldes. El ciclo de vida del concreto comienza después de que se termina la actividad de instalación del cimbrado, con la actividad de colocar insertos y colocar el refuerzo. La secuencia lógica de erigir el cimbrado y su relación con la colocación de insertos y refuerzo es: Definir alineamiento - generalmente una plantilla se coloca en la losa de piso o zapata, para ubicar con precisión la base de la columna 2. Armar el andamio 3. Instalar el refuerzo de la columna 4. Proveer las cimbras para la columna 5. Erigir las cimbras exteriores para los muros 6. Instalar el refuerzo del muro I
7. Erigir las cimbras interiores para los mums 8. Instalar los tensores 9. Proveer contra venteo para los muros 1O. Erigir cimbras para trabes 11 . Instalar el refuerzo de las trabes 12. Erigir las cimbras para las losas 13. Colocar insertos para conexiones mecánicas y eléctricas, aberturas para duetos, tuberias y soportes para refuerzo 14. Colocar el refuerzo principal y secundario. La Figura 1.3 muestra los insertos y el refuerzo instalados sobre las cimbras. A menudo se aplica un recubrimiento o agente desmoldante a la superficie interior de la cimbra para evitar que el concreto se adhiera a los elementos cimbrados. El recubrimiento puede aplicarse en forma de rociado, con cepillo o con un rodillo. El recubrimiento de la cimbra facilita la operación de descimbrado después de que el concreto ha obAwad S.Hanna
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1mcyc Capitulo 1
Figura 1.3 Refuerzo e insertos instalados sobre las cimbras.
tenido suficiente resistencia para sostenerse a sí mismo. Otra función del recubrimiento de la cimbra es el de sellar la superficie de los elementos de madera para evitar que la madera absorba el agua de l concreto recientemente colado. El agente desmoldante no deberá reaccionar o afectar al concreto terminado en ninguna forma. 0
1.4.4 Colocación del concreto Esta actividad incluye el mezclado, transporte, bombeo, y colocación del concreto. El concreto usado en la mayoría de los proyectos es premezclado. El concreto generalmente se transporta en bandas transportadoras para aplicaciones horizontales, por medio de cubetas para entrega con grúas, por duetos para servirse por gravedad a niveles inferiores, y por bombeo para transporte horizontal y vertical de concreto.
1.4.5 Consolidación del concreto La consolidación es el proceso de compactar el concreto para ajustarlo a las cimbras, alrededor de insertos ahogados, y el refuerzo. También se hace para retirar los grumos y aire atrapado. La consolidación del concreto generalmente se lleva a cabo con herramientas de mano o con vibradores mecánicos para garantizar una estructura densa.
1.4.6 Aca hado del concreto Esta actividad incluye el proceso de tratar las superficies expuestas del concreto para producir la apariencia deseada, la textura, o las calidades del acabado. El terminado del concreto generalmente se lleva a cabo moviendo una regla recta hacia atrás y adelante con un movimiento de 'aserrado en la superficie del concreto.
1.4. 7 Curado del concreto El endurecimiento del concreto es un proceso químico que requiere calor y humedad. Esta actividad involucra el curado del concreto con agua, vapor, o con cualquier otro método para evitar la contracción·y permitir que el concreto obtenga I suficiente resistencia temprana. El curado con vapor se utiliza en donde es importante la obtención temprana de resisten8
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1mcyc Cimbrado dd concreto: introducción
cia en el concreto. Después de que el concreto es curado, el resto del ciclo de vida del cimbrado continúa con la actividad de retirar las cimbras. Las actividades de curar el concreto y retirar las cimbras son intercambiables, dependiendo del tipo de elemento estmctural. Por ejemplo, las columnas y los muros son curados después del descimbrado, mientras que las losas y las trabes son curadas antes y después de que se retiren las cimbras.
1.4.8 Descimbrado Tan pronto como el concreto obtiene suficiente resistencia para soportar esfuerzos y evitar deflexiones inmediatas bajo cargas resultantes de su propio peso y algunas otras cargas adicionales, el cimbrado debe retirarse para permitir que comiencen otras actividades de construcción. La operación de retirar las cimbras se conoce como descimbrado. El cimbrado puede ser retirado parcialmente removiendo áreas pequeñas para evitar que la losa se flexione, o retirado completamente sin permitir que la losa se flexione. Como regla general, los elementos de soporte del cimbrado no deben retirarse antes de que la resistencia del concreto haya alcanzado por lo menos el 70 por ciento de su valor de diseño.
1.4.9 Instalación del apuntalamiento y el re-apuntalamiento El re-apuntalamiento y el apuntalamiento de sostén son los procesos en que se proporcionan puntales de apoyo vertical temporal a los elementos estructurales descimbrados que aún no han desarrollado su resistencia total de diseño. También proporcionan apoyo vertical temporal para la estructura terminada después que el apuntalamiento original haya sido retirado. El re-apuntalamiento y el apuntalamiento de sostén son los dos métodos usados para proveer soporte al concreto hasta que alcance su resistencia total de diseño. El re-apuntalamiento son puntales colocados ajustadamente bajo una losa de concreto descimbrada o de un elemento estructural después de que las cimbras originales y puntales han sido retirados de una gran área. En el reapuntalamiento, se deja a la losa de concreto flexionarse y así, el cimbrado puede ser retirado de una gran área. Esto puede ayudar a reducir los costos del descimbrado, lo que representa la ventaja principal del re-apuntalamiento. Los puntales de sostén son puntales colocados ajustadamente bajo una losa de concreto o de un elemento estructural descimbrados después de que las cimbras y los puntales originales han sido retirados- de un área pequeña. En el apuntalamiento de sostén, el cimbrado es retirado de una pequeña área de losa y entonces se colocan los puntales de sostén. Las losas de concreto u otros elementos estructurales no se dejan flexionar, y como resultado, el descimbrado puede llevarse a cabo en una edad temprana del curado del concreto.
1.4.10 Retirar el re-apuntalamiento o los puntales de sostén El re-puntalamiento y los ptmtales de sostén pueden ser retirados después de que la losa soportada o el elemento han alcanzado suficiente resistencia para soportar todas las cargas que se les· transfieren. La remoción del re-apuntalamiento o de los pw1tales de sostén debe realizarse con cuidado p~a evitar el someter a la estructura a cargas de impacto.
1.4.11 Reparación y/o re-uso de la cimbra El re-uso de la cimbra es clave para la economía de la construcción de la misma. Después de sólo cinco usos, los costos de los materiales del cimbrado disminuyen a un 40 por ciento del costo inicial. Los elementos de cimbra deben manejarse con cuidado y no deben dejarse caer. Después de su reparación, limpieza, y aceitado, los elementos de cimbrado usados deben ser ya sea almacenados debidamente para. un uso futuro, o re-usados en otras áreas. Awad S.Hanna
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1mcyc Capitulo 1
Antes de re-usar elementos de cimbra, deben ser inspeccionados para ver si hay daños. Los defectos en la cara de contacto deben ser reparados o retirados; de otra manera se reflejarán en la superficie terminada del concreto mostrando el mismo defecto.
1.5 Materiales para cimbra Los materiales usados para la construcción del cimbrado varían desde materiales tradicionales tales como madera, acero, aluminio y triplay, hasta materiales no tradicionales como la fibra de vidrio. Los productos de madera son el material más ampliamente usado para el cimbrado. El objetivo de esta sección es el de introducir la madera como un material importante para cimbra.
1.5.1 Madera La madera es extensamente usada para muchas aplicaciones en la construcción incluyendo el cimbr~do para concreto. La madera es obtenida de árboles y es clasificada como madera dura y madera suave. La madera dura proviene de árboles que tienen hojas anchas como el roble, el maple, o el tilo. La madera suave proviene de árboles que tienen hojas en forma de aguja como el pino, el cedro, y el abeto. Las maderas suaves son usadas más comúnmente en la construcción de cimbra. Debe notarse que los nombres "madera dura" y '"madera suave" no significan la dureza o la suavidad de la madera.
Dimensiones nominales -
La madera comercial se vende como tableros y tablas por sus dimensiones. Sin embargo, las dimensiones no coinciden con los tamaños reales de la madera. Por ejemplo, una tabla de pino de 2 x 4 pulg. (50.8 x 1O1.6 mm) se corta en esas dimensiones en el aserradero. Esto se conoce como la dimensión nominal. Pero las dimensiones nominales se reducen debido a la contracción y al pulido tanto en ancho como en el espesor. Por ejemplo. las dimensiones reales de una pieza nominal de 2 x 4 pulg. (50.8 x 101.6 mm) son 19/16x3 9/16 pulg. (39.7 x 90.5 mm). La madera que no es pulida es conocida como aserrada. La mayor parte de la madera para construcción es cepil- . lada (1ijada) hasta obtener un tamaño neto estándar que es menor al tamaño nominal. La madera cepillada es madera que ha sido alisada o lijada por un lado (S 1S), por dos lados (S2S), por un borde (S 1E), por dos bordes (S2E). o combinaciones de lados y bordes (S 1S1 E, S2S 1E, S 1S2E, ó S4S).
Medida de tablas La madera es vendida generalmente por '"pié-tablón". Un pie-tablón es una pieza de madera de 1 pulg. (25.4 mm) de ancho. 12 pulg. (304.8 mm) de espesor, y 12 pulg. (304.8 mm) de largo, o su equivalente. El tamaño usado para determinar la medida de tabla es la dimensión nominal. Como regla general. la fórmula siguiente se utiliza para calcular la medida en pie tablón para la madera. Medida en pie-tablón=__!_ (espesor x ancho x lar!..!.o) 12
-
Todas las dimensiones deben especificarse en pulgadas. 10
Sist1.:mas d1.: Cimbras
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1mcyc Cimhrado di!! concrc.to: introducción
Para encontrar cuánto costaría una pieza de madera tenemos que determinar primero la cantidad en piestablqn y multiplicar esto por el costo. Por ejemplo, si el costo de madera de pino es $400 por 1,000 pies-tablón, entonces el costo de una pieza de 2 pulg. x 6 pulg. x 1Opies (50.8 x 152.4 x 3048.0 mm) sería: 1
.
400
-(2 pu lg. 6 pu lg. x 10 p1es)x - - = $4 12 1000
Madera suave comercial Hay dos categorías principales de madera suave comercial: la madera para construcción y la madera para manufactura. La madera para construcción se usa generalmente en construcción en la misma dimensión en que es cortada. La graduación para la madera de construcción es generalmente decidida en el aserradero. No ocurre otra graduación después de que la pieza sale de la maderería. Por otra parte, la madera para re-manufacturar generalmente es sometida a un número de procesos de manufactura adicionales y llega al consumidor en una forma significativamente diferente.
Graduación de la madera La madera es graduada visualmente y por el sistema de graduación mecánica de esfuerzo •· Machine Stress Rated" (MSR). La mayoría de la madera es graduada visualmente por inspectores experimentados que tienen familiaridad coi1 las reglas de graduación de la madera. Las reglas de graduación de la madera establecen límites en el tamaño y las características de los nudos, el número de grietas, y la inclinación de la fibra. La evaluación visual también toma en cuenta cualesquiera imperfecciones causadas por la manufactura tales como una fibra torcida o marcas de astilla. La Figura 1.4a muestra una clasificación típica para madera graduada visualmente. En la clasificación de esfuerzo mecánica, la madera es alimentada a una máquina que somete a cada pieza de madera a una prueba no destructiva que mide el módulo de elasticidad y el esfuerzo en flexión. La máquina automáticamente toma en cuenta el tamaño y las características de nudos, inclinación del grano, densidad, y contenido de humedad. La máquina automáticamente sella la madera como clasificada por máquina e indica los valores para el esfuerzo de la fibra en flexión y el módulo de elasticidad correspondiente. La Figura 1.4b muestra un grado típico para madera clasificada por máquina (MSR). Otro método de graduación es el de graduar a la madera de acuerdo con su uso y apariencia. La madera es clasificada como Selecta. Terminada, o Común. El tipo Selecta y Terminada se utilizan cuando se requiere apariencia fina. Los grados comunes son más adecuados para la construcción en general.
Clasificación por tamaño Hay tres categorías principales por tamaño pará la madera: 1.
Tabla: La madera que nominalmente es m.enor de 2 pulg. (50.8 mm) de espesor y 2 pulg. (50.8 mm)o más de ancho. El espe sor del Tablero se refiere a la dimensión más pequ~ña de la sección transversal de la madera y el término ancho se refiere a la dimensión más grande. Los tableros menores de 6 pulg. ( 152.4 mm) de ancho son clasificados como tiras. Los tableros se utilizan para forros, laterales y para paneles .
.,
Madera dimensional: Madera con un espesor nominal de 2 a 5 pulg. (50.8- 127 mm) y un ancho nominal de 2 pulg. (50.8 mm) o más. La madera dimensional varía en tama~o de 2 x 2 pulg (50.8 x 50.8 mm) a 4 - 16 pulg. ( 1O1.6 x 406.4 mm). La
t\\\ad S.I h11111a
11
'
1mcyc Capítulo 1
Número de maderería
Agencia graduadora (WWPA)
Grado de madera (Estrnctura selecta)
Contenido de humedad al tiempo de cepillado (S-GRN)
Especie de madera comercial (Qouglas Fir-Larch)
(a)
Número de maderería
Marca MSR (CLASIFICADAPOR l\IAQUIN:\)
Grado de madera de agencia
Especie e.le mac.lern comercial (Hem-tir)
(WWPA)
Esfuerzo de flexión nominal ( 1650 psi)
Contenido e.le humedad al tiempo de cepillado (S-SECA)
Módulo de elasticidad ( 1.5 X ] fll'psi)
(b)
Figura 1.4 graduación de madera. (a) visualmente graduada; (b) clasiicada por máquina. madera dimensional se usa en la construcción en general en donde la apariencia no es un requisito, como en postes, bloques, y contraventeo. 3.
Postes y vigas: madera que tiene nominalmente 5 pulg. ó más ( 127 mm) en su menor dimensión. La madera es usada para columnas, postes, vigas, durmientes, puntales, cabezales, umbrales y viguetas.
La madera también se agrupa de acuerdo con su tamañ9 y uso contemplado en varias categorías. l.
Estructuras ligeras: 2 -4 pulg. (50.8 - l O1.6 mm) de espesor, 2 - 4 pulg. (50.8 - 1O1.6 mm) de ancho. Los grados típicos son Estándar de Construcción, de Servicio, y Económica, y son ampliamente usados para propósitos de estructuras en general. La madera bajo esta categoría es de apariencia fina pero es graduada principalmente por su resistencia y serví cio. La madera de servicio se usa en donde se requiere una combinación de alta resistencia y construcción económica. Un ejemplo sería para estructuras en general, contraventeo, y vigas. 2. Postes: 2-4 pulg. (50.8- 1O1.6 mm) de espesor, 2-6 pulg. (50.8- 152.4 mm) de ancho, 1Opies (3048.0 mm) de largo y más cortos. Se usa principalmente en muros, sea que soporten o no soporten carga.
12
3.
Estructura ligera estructural: 2-4 pulg. (50.8- l O1.6 mm) de ancho y 2-4 pulg. (50.8- l O1.6 mm) de ancho. Los grados típicos son Estructural Selecta No. l, No. 2, y No. 3. Principalmente para su uso en donde se desean alta resistencia rigidez, y apariencia fina. Un ejemplo de su ·uso sería en armaduras.
4.
Enmarcado aparente: 2 -4 pulg. (50.8- l O1.6 mm) de espesor, 2 pulg. (50.8 mm) de ancho y más anchas. Para usarse en construcción general de vivienda y en construcción ligera en donde se permiten los nudos pero se desea una alta resistencia y una apariencia fina. Sistemas de Cimbras
'
1mcyc Cimbrado del 1.:l1111.:rdo intwdu1.:1.:in11
5.
Viguetas estructurales y tablas: 2-4 pulg. (50.8- 1O1.6 mm) de espesor y 5 pulg. ( 127.0 mm) de ancho o más. Los grados típicos son Estructural Selecta No. 1, No. 2, y No. 3. Se dedican principalmente para usarse en donde se requieren alta res is tencia. rigidez. y apariencia fina.
Propiedades mecánicas de la madera Es necesario un conocimiento básico de las propiedades mecánicas de la madera para el diseño de cimbra para concreto. La madera es diferente de cualquier otro material estructural en cuanto a que los esfuerzos permisibles de la madera son diferentes de acuerdo con la orientación de la madera. La intención de la sección siguiente es la de proporcionar una breve introducción a las propiedades mecánicas de la madera.
Esfuerzos de flexión La Figura 1.5 muestra una viga de madera simplemente apoyada con una carga concentrada aplicada en el punto medio. Este proceso produce flexión. La madera es esforzada internamente para resistir las cargas externas. La flexión en un elemento causa fuerzas de tensión en las fibras extremas de la cara más alejada de la carga y causa compresión en la fibra del lado más cercano a la carga aplicada. El esfuerzo máximo inducido en las fibras, que ocurre en los extremos, es nombrado como el '"esfuerzo de la fibra extrema en flexión''. Este esfuerzo es altamente dependiente de la resistencia de la madera paralea a la fibra, tanto en tensión como en compresión. Los esfuerzos permisibles de flexión se basan en un espécimen limpio que no tenga defectos. Los esfuerzos permisibles de flexión son así factorizados para tomar en cuenta los defectos.
Figura 1.5 Esfuerzos de flexión.
A\\ad S llanna
13
'
1mcyc l 'apituln 1
Módulo de elasticidad (MOE) El módulo de elasticidad es una medida de rigidez. Este factor (MOE) es una relación entre la deformación en el elemento y el Yalor de la carga aplicada que la causa.La cantidad de deformación depende del tamaño del miembro. del claro entre los apoyos. de la carga. y de la especie particular de madera del miembro. El (MOE) paralelo a la libra (es decir. la rigidez cuando la madera es comprimida o tensada paralelamente al grano de la madera) es aproximadamente 30 veces mayor que la del MOE perpendicular a la fihra.
Resistencias a la tensión y a la compresión l .a resistencia a la tensión es una medida de la capacidad de la madera para resistir las ll.tL'rzas de tracción. Por otra pat1e. la n:sistencia a la compresiún es una medida de la habilidad de la madera para n:sistir las li.1erzas de compresión. Para madera limpia (madera sin ddl..·ctos). las resistencias de tensión y de compresiún para cargas paralelas a la libra son aproximadamente 1O wces mayores que para cargas aplicadas pe1vendicularmL·nte a la fibra de la madera.
Triplay o madera contrachapada El tri play SL' usa L·omo l'lwrn en ct)ntacto con el concreto para cimbras construidas en la obra y en paneles de cimbra prefabricados. Puesto que el triplay existe en grandes dimensiones. ahorra tiempn de cimbrado. El triplay se hace pcgandn capas delgadas (.k madera. llamadas chapas. bajo calor y prcsiún intensos. 1.a mayoría de los paneles de tri play SL' hacen de madera suaw. Muchas especies de úrboks se usan para hacer tri play. como L'I ti lo Douglas y L'I pino Southern. l .a tihra de cada capa es colocada en úngulo recto con rL·specto a las capas adyacentes. Fste prrn.:eso da al tri play resistencia extra y reduce la contracción y el hinchamiento. El tripla: se\ emk comúnmente en hojas grandes de 4 x 8 pies ( 1.22 x 2.44 m). Estos grandes paneles reducen los costos dL· erección: de descimbradc. y producen menos juntas en el acabado del concreto. El tri play existe en Yariedadcs Lk cs¡x·sor que lo identifican para su venta. Por ejemplo. el tri play llúmado de·· 1/2 pulg. t 12. 7 mm) .. es de 1 -~ pulg. ( 12. 7 mm) de espesor. En contraste con la situación de la tabla. el espesor real y nominal del triplay es el mismo: triplay de pulg (25...t- mm) es de l pulg. completa (25.4 mm) de espesor.
Plyform Plyform es un producto de tri play hecho especialmente para cimbrado de concn:to. Los plyforms existen en clase 1yclase1 l. en donde la clase 1es más fuerte que la clase 11. Otro plyform que se usa comúnmente para cimbra incluye el plyform 13-B. el de capas de alta densidad High Dcnsity Ovcrplaid (1-IDO). y el plyform estructural l. El triplay y el plyform tienen orientaciones particulares que afectan su resistencia. Una posicióti débil puede obtenerse cuando la libra (grano de cara) es paralela al claro de soporte. Una orientación más fuerte se logra cuando la libra. es perpendicular al claro que se sostiene (Figura 1.6 ).
1.5.2 Acero Las ventajas principales de las secciones de acero en el cimbrado son la capacidad del act:ro para cimbrar claros más largos y su potencial inddinido para re-uso cuando se maneja con cuidado razonable. Las secciones de acero se usan en la fabricación de componentes diferentes de cimbra como: ( 1) paneles de cimbra de acero. (2) puntales ¡.¡
'
1mcyc Cimhrado
del concreto: ln1roducción
Dirección de la fibra
a. Orientación fuerte del triplay (Iibrn paralela al claro)
Dirección de la fibra
b. Orientación débil del triplay (fibra perpendicular al claro)
Figura 1.6 Orientación del triplay.
horizontales y verticales, (3) casetones y domos de acero usados para losas nervadas y aligeradas, y ( 4) tubos de acero para contraventeo. Otras cimbras pesadas también se hacen de acero, tales como el cimbrado de puentes. El acero se usa para cimbra cuando otros materiales son imposibles de usar debido a su baja resistencia. Las cimbras de acero son generalmente patentadas, y generalmente las cargas permisibles son publicadas por los fabricantes. La Figura 1. 7 ilustra el uso del acero como material de cimbra.
1.5.3 Aluminio El aluminio se ha convertido en un material cada vez más popular para muchas aplicaciones de cimbra tales como paneles ligeros. viguetas, apuntalamiento horizontal y vertical, y armaduras de aluminio para cimbras voladoras. La popularidad del aluminio se basa en su peso ligero que reduce los costos de manejo y compensa su alto costo inicial. Cuando se le compara con los paneles de acero, los paneles de aluminio usados para cimbras en bloque pesan aproximadamente 50 por ciento menos. El problema mayor con las cimbras de aluminio es la corrosión. El 1\\\ad S.l la1111a
15
'
1mcyc Capituh1 1
Figura 1. 7 Cimbrado de Acero
aluminio puro es atacado químicamente por el concreto fresco. Las aleaciones de aluminio han probado ser exitosas para resistir la corrosión. La Figura 1.8 muestra paneles de aluminio usados para cimbras de muro.
1.5.4 Plástico reforzado con fibra de vidrio En años recient~s. las cimbras fabricadas con plástico reforzado con fibra de vidrio han encontrado un uso creciente debido a su resistencia. peso ligero. y alto número de re-usos. El plástico reforzado con fibra de vidrio produce acabados de concreto de alta calidad. Las cimbras de plástico reforzado con vidrio son muy flexibles y pueden cimbrar formas complejas no usuales con poca inversión de capital.
Figura 1.8 Cimbrado di.! aluminio.
16
Sish:mas th: Cimbras
~ti
1mcyc Cimbrado del concreto: introducción
Para fabricar las cimbras de plástico reforzado con vidrio, se preparan modelos de yeso, madera, o acero en las dimensiones exactas deseadas. Después el modelo es encerado, pulido, y rociado con un agente separador, para evitar que se pegue la resina al patrón maestro. La fibra de vidrio se acomoda sobre el modelo y se satura totalmente con una capa de resina de poliéster. Cuando la resina ha fraguado y el calor disipado, se agrega otra capa de fibra de vidrio y resina de poliéster, y este proceso se repite hasta que el espesor deseado de la hoja de fibra de vidrio es alcanzado. Otro método para construir cimbras de plástico reforzado con fibra de vidrio, es por medio del uso de una pistola de rociado para aplicar la resina a los trozos cortados de fibra de vidrio, que se usan como material de refuerzo. Para incrementar el número de re-usos potenciales con cualquiera de los métodos de fabricación mencionados. se moldea una capa extra de resina en la superficie de contacto, o se agregan rigidizadores y soportes por medio de costillas integradas, riostras de madera, barras de acero, o tubo de aluminio. Los dos problemas mayores asociados con las cimbras de plástico reforzado con fibra de vidrio son el ataque por álcalis en el concreto y expansión de la cimbra debido a su exposición al calor del sol o al calor de hidratación del cemento.
\wad S.Hanna
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~'
1mcyc
2 Sistemas de cimbra horizontal: ·sistemas instalados manualmente 2. I Clasificación de sistemas de cimbra horizontal 2 I 2.2 Sistema convencional de cimbra de madera 21 2.3 Sistemas convencionales de metal 26 2.4 Sistema especial de cimbra horizontal 29
Awad S Hanna
19
4)
1mcyc Sistemas de cimbra horizontal
2.1 Clasificacion de sistemas de cimbra horizontal Los sistemas de cimbra horizontal se utilizan para soportar temporalmente colados de concreto horizontal tales como losas de concreto. Hay siete sistemas de cimbra horizontal que pueden usarse para soportar diferentes tipos de losa. Ellos son: ( 1) sistema convencional de madera, (2) sistema convencional de metal (aluminio), (3) sistema de cimbra voladora, (4) sistema de puntales montados en columnas, (5) sistema de cimbra túnel, (6) sistema de cimbra de losa-viga, y (7) sistema de cimbra con domos o casetones. Las cimbras de losa-viga y las cimbras de casetones son recipientes de acero o de fibra de vidrio colocados encima del forro de triplay y así pueden usarse con cualquiera de los cinco primeros sistemas horizontales de cimbrado. Como resultado, no serán considerados en este libro como sistemas separados. Los sistemas de cimbra para colado horizontal de concreto pueden también clasificarse en dos categorías principales: sistemas instalados a mano y sistemas instalados con grúa. Los sistemas convencionales de madera y metal son clasificados como sistemas de instalación a mano. En los sistemas instalados a mano, pueden manejarse elementos diferentes de cimbrado por uno o dos trabajadores. Los sistemas de cimbra voladora, de puntales montados en columnas, y de túnel, están clasificados como sistemas instalados cori grúa. En los sistemas instalados con grúa, deben existir servicios adecuados de grúa para manejar los componentes de la cimbra.
2.2 Sistema de cimbra convencional de madera El sistema convencional de madera es conocido algunas veces como de cimbra stick, o como método de manoso bre-mano. El sistema convencional de madera incluye cimbra para losas, vigas, y cimentaciones. El sistema generalmente se construye con tablas o con una combinación de tablas y tri play. Las piezas de la cimbra se elaboran y se instalan en el sitio. Para el descimbrado, los sistemas convencionales de madera son desprendidos pieza por pieza, después se limpian, y pueden ser re-usados varias veces.
2.2.1 Cimbra para losas de concreto Los sistemas convencionales de madera para colado horizontal de concreto se hacen de triplay o de tablas de madera para forros. Como se verá en el Capítulo 3, el espesor del tri play o madera es determinado por un análisis estructural y es función de las cargas aplicadas, del tipo de madera o de triplay, y del espaciamiento entre los elementos de soporte del forro. El triplay es preferido a las tablas de madera porque proporciona una superficie lisa de concreto que requiere un esfuerzo mínimo de acabado. El uso de triplay para cubiertas también es productivo debido a su gran tamaño de panel (4 x 8 pulg.) (1.22 x 2.44 m).
Awad S Harma
21
Capitulli 2
El forro es sostenido por elementos horizontales llamados viguetas o largueros. Las viguetas son hechas de madera dimensional espaciada a intervalos constantes es función de las cargas aplicadas y del tipo de madera. Una práctica recomendable es la de redondear el espaciamiento calculado de viguetas, al valor modular mas pequeño. Las viguetas son sostenidas por otro grupo de elementos horizontales perpendiculares a las viguetas llamados madrinas. Las madrinas son sostenidas por elementos verticales llamados puntales. En sistemas de cimbra convencional todo de madera, los puntales se hacen de madera dimensional que tiene secciones cuadradas como 4 x 4 pu}g. (101.6 x 101.6 mm), ó 6 x 6 pulg. (152.4 x 152.4 mm). Los puntales se apoyan en elementos de madera gruesa llamados arrastres, para transferir las cargas verticales al terreno. En el caso de que exista una losa de piso. los puntales son apoyados directamente en ella. La Figura 2.1 muestra un sistema convencional de cimbra todo de madera para losas de concreto.
Figura 2.1 Sistema convencional de cimbra todo de madera.
Los puntales verticales de madera pueden sustituirse por el tipo de andamio, que ha probado ser más eficiente debido a su alto número de re-usos y su altura, lo que significa que generalmente no es necesario empalmarlo. El sistema de puntales tipo andamio consiste en dos postes verticales de acero con tubo horizontal entre ellos a intervalos regulares. Tienen gatos ajustables de tornillo en los postes de acero en ambos extremos. Los gatos superiores son acomodados en tapas de acero llamadas cabezas de T. Los gatos de la ba~e son sujetados en placas rectangulares de acero. Los postes adyacentes de acero son ligados por medio de contraventeos de acero en forma de X. La Figura 2.2 muestra un sistema de apuntalamiento tipo andamio.
22
Sistemas de Cimbras
:\1
1mcyc Sistemas de cimbra horizontal
Figura 2.2 Sistema de apuntalamiento tipo andamio.
2.2.2 Cimbra para trabes de concreto El cimbrado para trabes consiste en una base y dos laterales además de otros elementos de soporte. La base generalmente es hecha de triplay o madera para forro con un espesor de 0.75 pulg. (19.0 mm) o de 1 pulg. (25.4 mm). La base es soportada por y sttjeta a viguetas horizontales. Los laterales de la trabe también son de tri play o madera de forro. Una vez que la base de la cimbra de la trabe es armada y nivelada, un lado de la trabe es erigido primero con agujeros perforados para instalar los tensores, que son barras de acero que sostienen a los dos laterales de la trabe uno contra otro. Después de que el primer lado de la cimbra de la trabe es erigido, se coloca él acero de refuerzo de la trabe y después el otro lado de la trabe es erigido. Se insertan los tensores en todos los agujeros y los travesaños en ambos lados de la trabe. La función de los tensores es resistir la presión horizontal resultante del concreto fresco y mantener así los lados de las trabes en la posición correcta. Los tensores son sujetados a los lados de la ' trabe y también a los travesaños verticales y grapas. Para soportar más a los dos lados de la trabe y conservarlos juntos, se colocap separadores temporales adicionales en la parte superior de los laterales de la trabe a distancias constantes. Los separadores temporales pueden hacerse de madera o de acero.
2.2.3 Cimbra para cimentación La cimbra para zapatas aisladas o corridas se hace generalmente de tablas de madera o de triplay sostenido por estacas verticales clavadas en el terreno. La parte superior de la estaca vertical es sostenida por un tirante diagonal clavado en el terreno. Estos tirantes pueden ser sustituidos por tierra amontonada para sostener los lados de la cimbra. La distancia correcta entre las tablas se conserva por medio de separadores cruzados. En zapatas pequeñas, se usan tirantes de acero en lugar de los separadores. Es práctica común construir las cimbras más altas de lo necesario y colocar los tirantes en los lados interiores de la cimbra a una altura igual a la del nivel del concreto. La Figura 2.3 muestra un cimbrado típico para zapata aislada.
Awad S Hanna
23
~' 1mcyc Capítulo 2
Contra venteo diagonal-
Trozo de madera
Figura 2.3 Cimbra para zapata aislada.
Las zapatas grandes son cimbradas en forma similar a las pequeñas y a las zapatas corridas, excepto que los lados son soportados por postes y travesaños. Se perforan agujeros en los laterales de las cimbras, y el alambre de amarre es pasado a través de los lados de las cimbras y sujetado a los postes. Las tablas de madera o los separadores de acero se utilizan para proporcionar soporte extra. La Figura 2.4 muestra detalles de una zapata corrida.
Figura 2.4 Cimbra de una zapata corrida.
24
Sistemas de
Cimbra~
'
1mcyc Sistemas de cimbrado horizontal
2.2.4 Prácticas recomendadas para sistemas convencionales de madera 1.
Cuando los puntales son apoyados en terreno suave, se debe colocar un arrastre suficientemente grande bajo los puntales para distribuir las cargas en un área suficiente y evitar cualquier asentamiento cuando se coloque el concreto fresco en las cimbras. También es importante colocar puntales a la mitad del arrastre para evitar el volteo de puntales.
2.
Cuando las cimbras son colocadas sobre un terreno congelado, el área bajo el piso debe ser confinada y calentada durante suficiente tiempo antes de colocar el concreto, para asegurar la remoción de hielo y para proporcionar una cimentación estable para las cimbras.
3.
Las trabes, largueros, y algunas veces las cimbras de losas largas deben tener una contratlecha pequeña para reducir cualquier flexión visible después de la colocación del concreto.
4.
Es importante dejar un lado de la cimbra de la columna abierto para limpiar de virutas o basura. El lado abierto es cerrado inmediatamente antes de colocar el concreto. En cimbras profundas y angostas, se deben hacer ventanas en la base para limpieza e inspección.
5.
En trabajos de menor importancia, es una práctica común mojar los forros inmediatamente antes de colocar el concreto. En obras grandes en donde las cimbras han de re-usarse varias veces, las superficies de la cimbra deben ser aceitadas o recubiertas antes de colocar el refuerzo, para evitar el engrasado del acero, lo que reduce o elimina la adherencia entre el acero y el concreto. El recubrimiento no debe ser tan grueso que manche la superficie del concreto.
2.2.5 Limitaciones del sistema convencional de madera Hay tres problemas principales con el uso de los sistemas de cimbra convencional todo de madera. 1.
Altos costos de mano de obra. El sistema de cimbra convencional es un sistema con mano de obra intensiva. Los costos de la mano de obra varían de· 30 a 40 por ciento del costo total de las losas de concreto.
2.
Gran desperdicio. Para erigir y desmantelar un cimbrado convencional, hay que hacerlo pieza por pieza. Esto causa rompimiento de los bordes y deformación de la madera. Se estima que se genera el 5 por ciento de desperdicio en un solo uso de la cimbra.
3.
Número limitado de re-usos. El número de re-usos es la clave para la construcción de un cimbrado económico. Generalmente. la cimbra convencional está limitada de 5 a 6 re-usos. Un número limitado de re-usos obliga al contratista a usar varios juegos de cimbras; esto incrementa los gastos de la construcción de cimbra.
4.
Alta calidad de mano de obra y supervisión. Los sistemas convencionales de cimbra trabajan mejor con una mano de obra de alta calidad y adecuada supervisión. En áreas con mano de obra no capacitada o semi-capacitada y supervisión mínima, son más apropiados los sistemas de cimbrado elaborados.
5.
Claros limitados. Puesto que la madera dimensional es de baja resistencia comparada con las secciones de aluminio y ace'ro, la madera tiene uso limitado en aplicaciones en donde se requieren claros grandes.
2.2.6 Ventajas del sistema convencional con madera A pesar de las limitaciones del sistéma convencional con madera, éste tiene algunas ventajas específicas. I.
Flexibilidad. Debido a que el sistema es construido pieza por pieza, virtualmente es capaz de cimbrar cualquier forma de concreto. Un diseño complicado arquitectónico puede cimbrarse solamente con este sistema.
2.
Economía. Este sistema no es económico en términos de productividad laboral y desperdicio de material. Sin embargo, el sistema puede ser económico para proyectos pequeños con limitado potencial de re-usos. El sistema tiene la ventaja de tener un costo inicial bajo. Igualmente, para condiciones de sitio restringidas, en donde no existen áreas de almacenaje, y es difícil el uso de grúas. el sistema convencional de madera podría ser la única alternativa-factible. (Es interesante hacer notar que un rascacielos construido a finales de los 80's en la Ciudad de Nueva York, utilizó el sistema convencional de madera debido a las condiciones restringidas del sitio).
Awad S Hanna
25
'
1mcyc
3.
Capitulo 2
Disponibilidad. La madera es un material de construcción que se encuentra virtualmente en cualquier parte. En áreas en donde los proveedores de cimbra no existen, un sistema convencional de madera puede ser la única alternativa posible. La disponibilidad y el bajo costo de la mano de obra son las dos razones principales que justifican la popularidad del sistema convencional de madera en los países desarrollados.
2.3 Sistemas convencionales de metal En el sistema convencional d~ metal, las viguetas y largueros se hacen de aluminio o de acero soportados por apuntalamiento tipo andamio de aluminio o de acero. En las prácticas actuales de construcción, las viguetas y los largueros se hacen de aluminio y se soportan por un sistema de apuntalamiento movible tipo andamio. En este libro, el término sistema de aluminio convencional se utiliza para describir este último sistema.
2.3.1 Tipos de sistemas convencionales de metal El sistema convencional de aluminio, descrito anteriormente, se usa ampliamente y es elegido como un ejemplo de los sistemas convencionales de metal para compararlo con otros sistemas de cimbra horizontal. Otros sistemas convencionales de metal incluyen diferentes combinaciones de madera, aluminio, y acero para viguetas y largueros. En todos los sistemas enlistados a continuación, un sistema movible de andamio de acero o un poste sencillo de acero se utiliza para apuntalar. 1.
El forro de triplay apoyado sobre madera aserrada, o sobre viguetas de madera laminada y secciones de acero estándar para madrinas.
2.
El forro de triplay apoyado sobre secciones de acero estándar para viguetas y largueros. Un sistema movible de andamio de aluminio o de acero se utiliza para apuntalamiento.
En estos dos sistemas, las viguetas y largueros de acero tienen la ventaja de sostener claros mayores, lo que da por resultado menos puntales verticales y menos viguetas y madrinas. El problema principal con el uso de acero para viguetas y madrinas en el cimbrado de losas de concreto, es su gran peso, lo que dificulta su manejo por una sola persona. Se utiliza una sección W estándar debido a que su ancho o patín facilita la conexión de madrinas con las patas de puntal. Debe notarse que las madrinas deben sujetarse bien al puntal para evitar el volteo de los largueros. Un accesorio especial se utiliza para conectar la trabe de acero con la cabeza del puntal.
2.3.2 Descripción del sistema convencional de aluminio El sistema convencional de aluminio es conocido algunas veces como "un sistema stick mejorado". El sistema es armado a mano y consiste en una superficie de contacto hecha de triplay' o de madera soportada por viguetas y madrinas de aluminio de tipo "clavable" como se muestra en la Figura 2.5. El mismo tipo de forro puede hacerse de grandes paneles amarrados en bloque y apoyados sobre un apuntalamiento de acero tipo andamio. Los paneles de aluminio varían en longitud de 2 a8 pies(0.61 a2.44 m), y enancho de 2 a36 pulg. (50.8 a 914.4 mm)
Forro con triplay El tri play y el plyform pueden usarse como forro. Como se indicó en el capítulo 1, el tri play existe en dos tipos, interior y exterior. El tri play exterior se utiliza para forro porque está hecho con pegamento a prueba de agua que resiste la absorción del agua de la mezcla de concreto. El espesor del triplay depende del diseño; sin embargo, el triplay de 0.75 de pulg. de espesor (19.0 mm), se usa ampliamente para losas de concreto. 26
Sistemas de Cimbras
,, 1mcyc Sistemas de cimhrado horizontal
Figura 2.5 Sistema convencional de aluminio.
Viguetas de aluminio extruido El primer componente del sistema convencional de metal es la vigueta de aluminio. La vigueta de aluminio extruido toma la forma de una viga I modificada con un canal en el patín superior en el que una tira de madera de 2 x 3 pulg. (50,8 x 76.2 mm) es insertada; el forro de triplay es entonces clavado a la tira de madera. La Figura 2.6 muestra dos formas diferentes de vigueta de aluminio extruido.
(a) Simétrica
(b) Asimétrica
Figura 2.6 Viguetas tipo clavable: (a) Simétrica; (b) Asimétrica.
Viguetas de aluminio (madrinas) Awad S Hmrna
27
;;, 1mcyc Capítulo 2
El propósito de las madrinas es el de transferir las cargas de los tableros del forro al andamio. Las viguetas de aluminio extruidos también pueden usarse como madrinas a menos que la carga sea excesiva; de hecho, es una buena práctica el evitar la mezcla de diferentes tipos de vigas. Las vigas de aluminio existen comercialmente para longitudes que varían de 4 a 30 pies (1.22 a 9.14 m) en incrementos de 2 pies (0.61 m).
Apuntalamiento con andamio de aluminio El sistema de apuntalamiento con andamio de alumi_!1io ha existido por varios años como sustituto del sistema de apuntalamiento con andamio de acero. El sistema consiste en varios marcos conectados por contraventeos cruzados. El apuntalamiento de aluminio es más ligero y tiene capacidad de carga igual o mayor que la del apuntalamiento de acero. La capacidad de carga del apuntalamiento de aluminio puede alcanzar 36,000 lb ( 160 kN). A pesar de las ventajas del apuntalamiento de aluminio, los sistemas de apuntalamiento de acero aún son ampliamente usados.
Pies derechos Un pie derecho es un solo elemento hecho de acero o aluminio y madrinas de apoyo. Los pies derechos pueden usarse para sustituir, o en combinación con apuntalamiento de andamio y pueden también usarse para reapuntalamiento después de descimbrar elementos horizontales.
2.3.3 Ventajas de los sistemas convencionales de aluminio l.
Peso ligero. Las viguetas y las madrinas de aluminio tienen una relación de resistencia-peso mejor que el de las viguetas de acero. Para el mismo valor de cargas verticales, el peso de una sección de aluminio es aproximadamente 50 por ciento menos que la del acero, variando de 3 a 6 lb/pie (4.5 a 8.9 kg/m), incluyendo la tira de madera clavable. Igualmente, el peso ligero del aluminio mejora la productividad de la mano de obra y reduce el tiempo de uso de grúa comparado con las secciones de acero.
2.
Economía. Muchos contratistas han reportado ahorros de costo en mano de obra de entre el 20 y el 30 por ciento tanto para fabricar como para descimbrar con aluminio, en comparación con el cimbrado convencional de madera.
3.
Alto número de re-usos. Las secciones de aluminio tienen valor más alto de re-uso que las secciones de madera. Igualmente, la cantidad de desperdicio es mínima comparada con la de secciones de madera.
2.3.4 Limitaciones de los sistemas convencionales de aluminio A pesar de los grandes mejoramientos de este sistema sobre el sistema convencional de madera, aún es considerado un sistema de mano de obra intensiva. La fabricación, la erección, y el descimbrado se hacen pieza por pieza, lo que resulta en baja productividad de la mano de obra y gran desperdicio de tri play. En general, las secciones de aluminio y los andamios de aluminio o acero son durables a menos que las secciones sean expuestas a un manejo rudo en la obra, especialmente durante el descimbrado. Otro problema asociado con el uso general del aluminio con el concreto, es la reacción química entre el aluminio y el concreto que se derrama.
2.4 Sistema especial de cimbra horizontal 28
Sistemas de Cimbras
1 l
::1 1mcyc Siskmas de cimbrado horizontal
Algunas losas estructurales especiales tales como las losas de viguetas en un sentido y en dos sentidos, requieren el uso de moldes tipo casetón (Figura 2. 7). Los casetones son generalmente clavados a las viguetas de soporte (soffits) o al forro. Los casetones clavados al forro son preferidos porque hacen más fácil el trazo, más eficiente al área de trabajo, y son más seguros para aquellos que trabajan sobre y bajo la cimbra. Los casetones son colocados generalmente con traslapes de 1 a 5 pulg. (25.4 a 127 mm). Los casetones son usualmente desprendidos manualmente o por medio de aire comprimido conectado a un adaptador en el centro del domo.
Figura 2. 7 Cimbras de tipo casetón.
2.4.1 Sistemas de cimbra de losas nervadas Una losa nervada en un sentido es una combinación monolítica de vigas espaciadas uniformemente en una dirección, y una losa delgada colada en sitio para formar una unidad integral con las trabes y columnas (Figura 2.8a). Las losas nervadas en un sentido han sido cimbradas frecuentemente con casetones de acero estándar. La Tabla 2.1 muestra las dimensiones de los casetones de cimbra estándar y los rellenos especiales para construcción de viguetas de un sentido. Cualquier espaciamiento entre casetones que excede 30 pulg. (762 mm) se conoce como un sistema de módulos grandes.
2.4.2 Sistemas de cimbra tipo domo Los domos de tamaño estándar se usan generalmente para la construcción de losas reticulares (tipo waffle). Se basan en módulos de 2 pies (0.61 m), 3 pies (O. 91 m), 4 pies ( 1.22 m), y 5 pies ( 1.52 m). Los módulos de 2 pies (0.61 m) de tamaño utilizan domos de 19 x 19 pulg. (482.6 x 482.6 mm), con nervaduras de 5 pulg. ( 127 .O mm) entre ellos, y los módulos de 3 pies (0.91 m) de tamaño pueden ser formados con domos de 30 x 30 pulg. (762 x 762 mm) y nervaduras de 6 pulg. (152.4 mm). La Figura 2.8b muestra los dos módulos estándar que son usados para la construcción de losas reticulares.
Awad S Hanna
29
'
1mcyc Capítulo 2
¡ i
4.5 In
Ancho 66• 6 -8" Módulo 1
Ancho 53"
s·-e· Módulo (a)
Mó
Dimensiones en pulgadas Módulo de 30 pulgadas (b)
Figura 2.8 (a) Sistema Típico de losa nervada de módulo grande; (b) cimbra de casetón para losa reticular.
Tabla 2.1 Dimensiones de cimbras para losa nervada en un sentido.
Moldes estándar (pulg.) Módulo (pies} 2 3 4 5 6
30
Ancho 20 30 40 53 66
Peralte 8, 10, 12 8; 10, 12, 14, 16, 20 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 16, 20 14, 16, 20
Moldes de ajuste especial (pulg.) Ancho 10, 15 10, 15, 20 20, 30
Peralte 8, 10, 12. 8, 10, 12, 14, 16, 20 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24
Sistemas de Cimbras
'
1mcyc
3 Diseño de cimbra para losas 3.1
Propiedades de los materiales para cimbra 33
3.2 Propiedades geométricas .)., .).,
., ., .
.) .)
Propiedades de la madera aserrada 39
3.4 Propiedades del triplay 52 3.5 Diseño de la cimbra para losas 60 3.6 Secuencia de diseño 61
Awad S. Hanna
31
f)
1mcyc Disello de cimbra para losas
Las cimbras de concreto son estructuras de ingeniería que se requiei:en para soportar cargas que provienen del concreto fresco, materiales de construcción, equipo, trabajadores, impactos de varios tipos, y algunas veces viento. Las cimbras deben soportar todas las cargas aplicadas sin colapsarse o deformarse excesivamente. El Reporte del C,omité ACI 347-1994, define esas cargas aplicadas y ofrece varios lineamientos para seguridad y servicio. Con base en estos lineamientos, se han desarrollado muchas tablas de diseño para el cimbrado del concreto. Estas tablas son herramientas útiles para el diseño. Sin embargo, no toman en consideración los factores de modificación de esfuerzo que proporcionan las Especificaciones Nacionales de Diseño para la Construcción de Madera, NDS, 1991. Este capítulo presenta un procedimiento de diseño para cimbras de losas de concreto todo de madera, con base en las NDS 1991, y las Especificaciones de Diseño para Triplay de 1997. El objetivo del diseño de cimbra es determinar el espaciamiento seguro para cada componente de la cimbra de la losa (forro, viguetas, madrinas, y puntales), y asegurar que cada componente tenga resistencia suficiente para resistir la presión aplicada sin exceder la deformación permitida.
3.1 Propiedades de los materiales para cimbra Las siguientes secciones presentan una revisión de algunas propiedades importantes de las secciones estructurales que se utilizan en el diseño de cimbra. Los lectores familiarizados con estas expresiones deben comenzar con la Sección 3.3.
3.2 Propiedades geométricas Algunas expresiones matemáticas de las propiedades de las secciones se utilizan en cálculos de diseño para varias formas de diseño y de condiciones de carga. Estas propiedades incluyen el momento de inercia, el área de la sección transversal, el eje neutro, el módulo de sección, y el radio de giro del perfil en cuestión. Estas propiedades son descritas a continuación. 1.
Momento de inercia. El momento de inercia 1de la sección transversal es definido como la suma de los productos de las áreas diferenciales en las que la sección puede ser dividida, multiplicadas por los cuadrados de sus distancias desde el eje neutro de la sección (Figura 3. l)
Si la sección es sometida a un momento tlexionante alrededor del eje X-X de la sección transversal, el momento de inercia en X-X es nombrado Ixx,
Awad S. Hanna
33
Capítulo J
X
Figura 3.1 Cálculo del momento de inercia. /_,:r
!
=
A;Y;
2
i= 1
en donde n = número total de áreas diferenciales Ai
=
área del elemento i
Yi =distancia entre elemento i, y el eje X-X Si el miembro es sujeto a un momento flexionante en el eje Y-Y de la sección transversal, nombramos al momento de inercia asociado con él como lyy, fyy
I
=
A;X}
i=I
en donde m = tiúmero total de áreas elementales Aj = área del elemento j Xj
34
=
distancia entre el elemento j, y el eje Y-Y
2.
Área de la sección transversal. Esta es el área de una sección tomada a través del miembro, perpendicular a su eje longitudinal.
3.
Eje neutro. El eje neutro es una línea a través de la sección transversal del miembro a lo largo del cual las fibras no sufren ni tensión ni compresión cuando se les somete a una carga.
4.
Módulo de sección. Nombrado como S, es el momento de inercia dividido entre la distancia entre el eje neutro y las fibras extremas (fibras con el máximo esfuerzo) de la sección transversal.
Sistemas de Cimbras
%)
1mcyc Dise1io de cimbra para losas
Si ces la distancia desde el eje neutro a las fibras extremas en pulgadas, podemos escribir: C' &.).\:\
5.
-
/_u e
s.r
- -
1,"I'
=-·-·
e
Radio de giro. Esta propiedad, nombrada como r, es la raíz cuadrada de la cantidad de momento de inercia dividido entre el área de la sección transversal.
-ff.l:rA
f/: \.\" =VÁ
r.
r,..... -
-
Aquí. r"x y ryy son los radios de giro con respecto a los ejes X-X y Y-Y, respectivamente.
y
Figura 3.2 Sección transversal rectangular.
3.2.1 Sección transversal rectangular La sección más comúnmente usada en el diseño de cimbra, es la sección rectangular con ancho b, y peralte d (Figura 3.2). Estas dimensiones son generalmente medidas en unidades de pulgadas o milímetros. Para una sección transversal rectangular, las fórmulas presentadas en la sección previa pueden tomar las formas: Momentos de inercia:
I X.\"
bd 3 = - pulo4 ó mm 4 12 ' b'
db 3 . .¡ • 4 I ..,.=-,pulg,omm .. 12
fin
. de giro: . rn = -·-· = r.;:: d , pu 1g. o• mm. Ra d 1os .. A vl2
rn = ··
ff
b . = r.;:: 'pulg. o mm. vl2 2
Módulos de sección:
Awa<:J.-S, l lanna
3 • I"" =-,pu bd Ig, d) o mm 3 ( aqm• e=S \.,. =-·-·
..
e
6
2
35
o
1mcyc Capítulo 3 2
S >Y
=-1yy =-db , pulg3, o, mm3 e
6
b (aquí e=-)
2
Las propiedades de la sección para tamaños seleccionados estándar de tabla, madera aserrada, y placas, se presentan en la Tabla 3 .1. Los valores que presenta esta tabla pueden usarse para calcular las propiedades dadas anteriormente. La Tabla 3.2 presenta las propiedades de madera aserrada estándar cepillada (848).
Tabla 3.1 Tamaños nominal y mínimo cepillados de madera aserrada.
Ancho de cara (pulg.)
Espesor (pulg.)
Minimo cepillado
Mínimo cepillado Elemento Tableros
Nominal
Seca
Verde
1 1-1/4 1-1/2
314
25/32 1-1/32 1-9/32
1 1-114
Madera dimensional
Madera dimensional
Tablones (timbers)
4 4-1/2
5 y más gruesa
3-1/2 4
-
3-9/16 4-1/l6
1/2 menos
Seca
Verde
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14
1-1/2 2-1/2 3-1/2 4-1/2 5-1/2 6-112 7-1/4 8-1/4 9-1/4 10-1/4 11-1/4 13-114
1-9/16 2-9/16 3-9/16 4-5/8 5-5/8 6-5/8 7-112 8-112 9-1/2 10-1/2 11-1/2 13-1/2
2 3 4 5 6 8 10 12 14 16
1-1/2 2-112 3-1/2 4-112 5-1/2 7-1/4 9-1/4 11-114 13-1/4 15-1/4
1-9/16 2-9/16 3-9/16 4-5/8 5-5/8 7-1/2 9-1/2 11-1/2 13-1/2 15-1/2
2 3 4 5 6 8 10 12 14 16
1-1/2 2-1/2 3-1/2 4-1/2 5-1/2 7-1/4 9-114 11-1/4
1-9/16 2-9/16 3-9/16 4-5/8 5-5/8 7-112 9-1/2 11-1/2 13-1/2 15-1/2
Nominal
5 y más ancha
-
-
1/2 menos
De las Especificaciones Nacionales de Diseño para Construcción de.Madera, 1991
36
Sistemas de Cimbras
~t)
1mcyc Diseño de cimbra para losas
Tabla 3.2 Propiedades de la sección de madera aserrada estándar cepillada (S4S)
Tm11mio nominal h.\ºd
Tammio estándar cepillado (S4S) hxd pulg. x pulg.
lx3 lx4 1:\6 lx8 1 X 10 1 X 12
3/4 X 3/4 X 3/4 X 3/4 X 3/4 X 3/4 X
2 X :l 2 X.¡ 2x5 2x6 2x8 2 X 10 2x 12 2 X 14
2-1/2 3-1/2 5-1/2 7-1/4 9-1/4 11-1/4
EJE X-X
Area de la sección Apulg1
EJE Y-Y
Módulo de Momento Módulo de Momento Sección de inercia de inercia sección s" pulg:1 l.upulg~ S,~.pulg·' 1~-~ pulg~
Peso aproximado en libras por pie lineal (lblft) de la pieza cuando la densidad de la madera iguala a: 25 lb/pie'
30 lb/pie 1
35.lb/pie'
40 lb/pie 1
45 lb/pie·•
50 lb/pie·•
1.. 875 2.625 4.125 5.438 6.938 8.438
0.781 1.531 3.781 6.570 10.70 15.82
0.977 2.680 10.40 23.82 49.47 88.99
0.234 0.328 0.516 0.680 0.867 1.055
0.088 0.123 0.193 0.255 0.325 0.396
0.326 0.456 0.716 0.944 1.204 1.465
0.391 0.547 0.859 1.133 1.445 1.758
0.456 0.638 1.003 1.322 1.686 2.051
0.521 0.729 1.146 1.510 1.927 2.344
0.586 0.820 1.289 1.699 2.168 2.637
0.651 0.911 1.432 1.888 2.409 2.930
1-1/2 X 2-1/2 1-1/2 X 3-1/2 1-1/2 X 4-1/2 1-l/2x5-l/2 1-1/2 X 7-1/4 1-1/2 X 9-1/4 1-1/2 X 11-1/4 1-1/2 X 13-1/4
3.750 5.250 6.750 8.250 10.88 13.88 16.88 19.88
1.563 3.063 5.063 7.563 13.14 21.39 31.64 43.89
1.953 5.359 11.39 20.80 47.63 98.93 178.0 290.8
0.938 1.313 1.688 2.063 2.719 3.469 4.219 4.969
0.703 0.984 1.266 1.547 2.039 2.602 3.164 3.727
0.651 0.911 1.172 1.432 1.888 2.409 2.930 3.451
0.781 1.094 1.406 1.719 2.266 2.891 3.516 4.141
0.911 1.276 1.641 2.005 2.643 3.372 4.102 4.831
1.042 1.458 1.875 2.292 3.021 3.854 4.688 5.521
1.172 1.641 2.109 2.578 3.398 4.336 5.273 6.211
1.302 1.823 2.344 2.865 3.776 4.818 5.859 6.901
3 X.¡ J :\ 5 3x6 3x8 3 X 10 3 X 12 3 X 14 3 X 16
2-l/2x3-l/2 2-1/2 X -1-1/2 2-1/2 .\' 5-1/2 1-1/1 X 7-1/4 2-1/2 X 9-1/-1 2-1/2 .'\ 11-1/4 2-1/2 X 13-1/4 2-1/2 X 15-1/4
8.750 11.25 13.75 18.13 23.13 28.13 38.13
5.104 8.438 12.60 21.90 35.65 52.73 73.15 96.90
8.932 18.98 34.66 79.39 164.9 296.6 484.6 738.9
3.646 4.688 5.729 7.552 9.635 11.72 13.80 15.89
4.557 5.859 7.161 9.440 12.04 14.65 17.25 19.86
1.519 1.953 2.387 3.147 4.015 4.883 5.751 6.619
1.823 2.3.f4 2.865 3.776 4.818 5.859 6.901 7.943
2.127 2.734 3.342 4.405 5.621 6.836 8.051 9.266
2.431 3.125 3.819 5.035 6.424 ·7.813 9.201 10.59
2.734 3.516 4.297 5.664 7.227 8.789 10.35 11.91
3.038 3.906 4.774 6.293 8.030 9.766 11.50 13.24
4x4 4x5 4x6 4x8 4 X 10 4 X 12 4 X 14 4 ~ 16
3-1/2x3-l/2 3-1/2 X 4~1/2 3-1/2 X 5-1/2 3-1/2 X 7-1/4 3-1/2 X 9-1/4 3-1/2 X 11-1/4 3-1/2 X 13-1/2 3-1/2 X 15-1/2
12.25 15.75 19.25 25.38 32.38 39.38 47.25 54.25
7.146 11.81 17.65 30.66 49.91 73.83 106.3 140.1
12.51 26.58 48.53 111.1 230.8 415.3 717.6 1086.I
7.146 9.188 11.23 14.80 18.89 22.97 27.56 31.64
12.51 16.08 19.65 25.90 33.05 40.20 48.23 55.38
2.127 2.734 3.342 4.405 5.621 6.836 8.203 9.42
2.552 3.281 4.010 5.286 6.745 8.203 9.844 11.30
2.977 3.828 4.679 6.168 7.869 9.570 11.48 13.19
3.403 4.375 5.347 7.049 8.993 10.94 13.13 15.07
3.828 4.922 6.016 7.930 10.12 12.30 14.77 16.95
4.253 5.469 6.684 8.811 11.24 13.67 16.41 18.84
34.17
33.13
5X 5
4-1/2 X 4-112
20.25
15.19
15.19
34.17
3.516
4.219
4.922
5.625
6.328
7.031
6x6 6x8 6 X IO 6 X 12 6x 14 6x 16 6x 18 6x20 6x 22 Cix 24
5-1/2 X 5-1/2 5-1/2 X 7-112 5-1/2 X 9-112 3-112 X 11-1/2 5-1/2x 13-112 5-1/2x 15-112 5-1/h 17-112 5-112 X 19-112 5-112 X 21-112 5-112 X 23-1/2
30.25 41.25 52.25 63.25 74.25 85.25 %.25 107.3 118.3 129.3
27.73 51.56 82.73 121.2 167.1 220.2 280.7 3486 423.7 506.2
76.26 193.4 393.0 697.1 1128 1707 2456 3398 4555 5948
27.73 37.81 47.90 57.98 68.06 78.15 88.23 98.31 108.4 118.5
76.26 104.0 131.7 159.4 187.2 214.9 242.6 270.4 298.I 325.8
5.252 7.161 9.071 10.98 12.89 14.80 16.71 18.62 20.53 22.44
6.302 8.594 10.89 13.18 15.47 17.76 20.05 22.34 24.64 26.93
7.352 10.03 12.70 15.37 18.05 20.72 23.39 26.07 28.74 31.41
8.403 11.46 14.51 17.57 20.63 23.68 26.74 29.79 32.85 35.90
9.453 12.89 16.33 19.77 23.20 26.64 30.08 33.52 36.95 40.39
10.50 14.32 18.14 21.% 25.78 29.60 33.42 37.24 41.06 44.88
8x8 8 X IO 8 X 12 8x 14 8x 16 8xl8 8x20 8x22 8x24
7-1/2 X 7-112 7-1/2 X 9-112 7-1/h 11-112 7-1/h 13-112 7-1/2x 15-1/2 7-l/2x 17-1/2 7-1/2 X 19-112 7-1/2 X 21-1/2 7-1/2 X 23-1/2
56.25 71.25 86.25 101.3 116.3 131.3 146.3 161.3 176.3
70.31 112.8 165.3 227.8 300.3 382.8 475.3 577.8 690.3
263.7 535.9 950.5 1538 2327 3350 4634 6211 8111
70.31 89.06 107.8 126.6 145.3 164.I 182.8 201.6 220.3
263.7 334.0 404.3 474.6 544.9 615.2 685.5 755.9 826.2
9.766 12.37 14.97 17.58 20.18 22.79 25.39 27.99 30.60
11.72 14.84 17.97 21.09 24.22 27.34 30.47 33.59 36.72
13.67 17.32 20.% 24.61 28.26 31.90 35.55 39.19 42.84
15.63 19.79 23.% 28.13 32.29 36.46 40.63 44.79 48.%
17.58 22.27 26.95 31.64 36.33 41.02 45.70 50.39 55.08
19.53 24.74 29.95 35.16 40.36 45.57 50.78 55.99 61.20
IOx 10 IOx 12 IOx 14 IOx 16 IOx 18 10x20 10x22 10x24
9-1/2 X 9-112 9-1/2 X 11-1/2 9-1/2x 13-1/2 9-l/2x 15-1/2 9-1/2x 17-1/2 9-1/2 X 19-1/2 9-l/2x21-1/2 9-112 X 23-1/2
90.25 109.3 128.3_ 147.3 166.3· 185.3 204.3 223.3
142.9 209.4 288.6 380.4 484.9 602.I 731.9 874.4
678.8 1204 1948 2948 4243 5870 7868 10270
142.9 173.0 203.1 233.1 263.2 293.3 323.4 353.5
678.8 821.7 %4.5 1107 1250 1393 1536 1679
15.67 18.97 22.27 25.56 28.86 32.16 35.46 38.76
18.80 22.76 26.72 30.68 34.64 38.59 42.55 46.51
21.94 26.55 31.17 35.79 40.41 45.03 49.64 54.26
25.07 30.35 35.63 40.90 46.18 51.46 56.74· 62.01
28.20 34.14 40.08 46.02 51.95 57.89 63.83 69.77
31.34 37.93 44.53 51.13 57.73 64.32 70.92 77.52
De las Especificaciones Nacionales de Diseño para Construcción de Madera, 1991
Awad S. Hanna
37
o
1mcyc Capitulo 3
Tabla 3.2 Propiedades de la sección de madera aserrada estándar cepillada (S4S) (Continuación)
Tru11mio nominal h.,·d
Tamruio estándar limpiada (S4S) hxil pulg. x pulg.
EJE X-X
EJE Y-Y
Area de la Módulo de Momento Módulo de Momento de inercia sección Sección de inercia sección !,, pulg~ ,\'" pulg·1 A pulg~ s" pulg:' '~~ pulg~
Peso aproxinrndo en libras por pie lineal (lb/ft) o piez:i cuando la densidad de la madera iguala a: 2S lb/pie 1
30 lb/pie 1
3S lb/pie·'
40 lb/pie 1
4S lb/pie 1
SO lb/pie'
12 X 12 X 12 X 12 X 12 X 12 X 12 X
12 14 16 18 20 22 24
11-112 X 11-1/2 11-112 X 13-112 11-112 X IS-112 11-112 X 17-112 11-112 X 19-112 11-1/2 X 21-112 11-1/2 X 23-1/2
132.3 ISS.3 178.3 201.3 224.3 247.3 270.3
2S3.S 349.3 460.S S87.0 728.8 886.0 IOS8
14S8 23S8 3S69 5136 7106 9S24 12440
2S3.S 297.6 341.6 38S.7 429.8 473.9 Sl8.0
14S8 1711 1964 2218 2471 272S 2978
22.96 26.9S 30.9S 34.94 -38.93 42.93 46.92
27.SS 32.34 37.14 41.93 46.72 SI.SI S6.30
32.14 37.73 43.32 48.91 54.SI 60.10 65.69
36.74 43.13 49.SI SS.90 62.29 68.68 75.07
41.33 48.S2 SS.70 62.89 70.08 77.27 84.4S
4S.92 S3.91 61.89 69.88 77.86 85.8S 93.84
14 X 14 X 14 X 14 X 14 X 14 X
14 16 18 20 22 24
13-1/2 X 13-112 13-112 X IS-112 13·1/2 X 17-112 13-112 X 19-112 13-1/2 X 21-112 13-1/2 X 23-112
182.3 209.3 236.3 263.3 290.3 317.3
410.1 S40.6 689.1 SSS.6 1040 1243
2768 4189 6029 8342 11180 14600
410.1 470.8 531.6 S92.3 6S3.I 713.8
2768 3178 3588 3998 4408 4818
31.64 36.33 41.02 45.70 50.39 55.08
37.97 43.59 49.22 S4.84 60.47 66.09
44.30 S0.86 S7.42 63.98 70.5S 77.11
50.63 58.13 65.63 73.13 80.63 88.13
S6.95 6S.39 82.27 90.70 99.14
63.28 72.66 82.03 91.41 100.8 110.2
16 X 16 X 16 X 16 X 16 X
16 18 20 22 24
IS-1/2 IS-1/2 IS-1/2 IS-1/2 IS-1/2
X
IS-112 17-1/2 19-112 X 21-112 X 23-112
240.3 271.3 302.3 333.3 364.3
620.6 791.1 982.3 1194 1427
4810 6923 9S78 IÍ840 16760
620.6 700.7 780.8 860.9 941.0
4810 5431 6051 6672 7293
41.71 47.09 S2.47 57.86 63.24
SO.OS S6.5 I 62.97 69.43 7S.89
S8.39 65.93 73.46 81.00 88.S3
66.74 7S.3S 83.96 92.S7 101.2
7S.08 84.77 94.4S 104.1 113.8
83.42 94.18 104.9 115.7 126.S
18 X 18 18 X 20 18 X 22 18 X 24
17-1/2 X 17-1/2 17-1/2 X 19-112 17-1/2 X 21-112 17-112 X 23-112
306.3 341.3 376.3 411.3
893.2 1109 1348 1611
7816 10810 14490 18930
893.2 99S.3 1097 1199
7816 8709 9602 IOSOO
S3.17 S9.24 6S.32 71.40
63.80 71.09 78.39 85.68
74.44 82.94 91.45 99.96
85.07 94.79 104.5 114.2
95.70 106.6 117.6 128.5
106.3 118.5 130.6 142.8
20 X 20 20 X 22 20 .x 24
19-112 X 19-112 19-112 X 21-112 19-112 X 23-112
380.3 419.3 458.3
1236 1502 179S
120SO 16150 21090
1236 1363 1489
120SO 13280 14520
66.02 72.79 79.56
79.22 87.34 9S.47
92.42 101.9 . 111.4
IOS.6 116.S 127.3
118.8 131.0 143,.2
132.0 145.b IS9.I
22 22
X 24
21-112 21-112
.X
21-112 23-1/2
462.3 50S.3
16S6 1979
17810 232SO
16S6 1810
17810 19460
80.2S 87.72
96.30 105.3
112.4 122.8
128.4 140.3
144.5 IS7.9
160.5 17S.4
24
X
24 . 23-112
X
23-112
S52.3
2163
25420
2163
2S420
95.88
115.1
134.2
IS3.4
172.6
191.8
X
22
X X
X
ns:;
De las Especificaciones Nacionales de Diseño para Construcción de Madera 1991
3.3 Propiedades de la madera aserrada 3.3.1 Clasificación de la madera aserrada La clasificación del tamaño de la madera aserrada estructural se analizó en el Capítulo 1, y se resume a continuación. 1.
Dimensión: 2 pulg. < espesor < 4 pulg. y ancho > 2 pulg.
2.
Vigas y madrinas: espesor> 5 pulg. y ancho > espesor+ 2 pulg.
3.
Postes y tablones: La sección es aproximadamente 5 x 5 pulg. cuadrada o mayor, y ancho> espesor+ 2 pulg. (no más). Forros: 2 pulg.::; espesor::; 4 pulg. con carga aplicada en la cara ancha del tablero.
Todas las dimensiones referidas en la clasificación previa son dimensiones nominales. Sin embargo, la mayor parte de la madera es llamada madera cepillada, lo que significa que los miembros han sido cepillados o lijad os hasta una dimensión estándar. Los cálculos estructurales para determinar el tamaño requerido de miembros se basa en las dimensiones netas (tamaños reales), y no en las dimensiones nominales. Las dimensiones de los miembros se analizan más ampliamente en la Sección 3.3.2. 38
Sistemas de Cimbras
/.
t..
%,)
1mcyc Disci1o dc cimbra para losas
r-1 1 1 1
1 1 1
1 1 1
,c-;i~l~~~~l~ nominal Cepillada
Aserrado gmeso
Aserrado total
Figura 3.3 Ejemplo de dimensiones de madera estructural.
3.3.2 Dimensiones de madera estructural La mayor parte de la madera estructural es llamada madera cepillada. En otras palabras, la madera es lijada hasta tener la dimensión neta, que es menor a la dimensión nominal o establecida. Esto se muestra en la Figura 3.3.La madera cepillada se utiliza en muchas aplicaciones estructurales. Sin embargo, algunas aplicaciones arquitectónicas pueden requerir piezas mayores que tengan texturas diferentes. Tales piezas son llamadas comúnmente de aserrado áspero en dimensiones que son cercanas a la dimensión neta estándar. Las dimensiones de la sección transversal de estas maderas es aproximadamente 1/8 pulg. mayor que la dimensión cepillada estándar. Un método menos común de obtener una superficie áspera, es el de especificar madera de aserrado total. Puesto que la madera de aserrado grueso y la madera de aserrado total no son usadas frecuentemente, sus propiedades de sección transversal no son incluidas en las especificaciones NDS. /
A continuación se presenta un ejemplo de las diferencias entre dimensiones de madera nominal, de aserrado grueso. y de aserrado total. Tomando una pieza de 8 x 12 (dimensión nominal= 8 x 12 pulg.): 1. Madera cepillada: Dimensión neta estándar 7 Yi x 11 Yi pulg. 2. Madera de aserrado grueso: Dimensión aproximada 7 5/8 x 11 5/8 pulg. 3. Madera de aserrado total: Dimensión mínima 8 x 12 pulg. (en general no se encuentra disponible)
3.3.3 Propiedades mecánicas de la madera Las propiedades mecánicas que se utilizarán en el diseño de cimbra son la compresión paralela a la fibra (Fe), la compresión perpendicular a la fibra (F cJ.), tensión paralela a la fibra (Ft), y tensión perpendicular a la fibra (Ft.L). la Figura 3 .4 ayuda a entender la dirección de las fuerzas que producen estos diferentes tipos de esfuerzo .
.3.3.4 Valores para diseño de las propiedades mecániCas. Los valores de diseño para los diferentes tipos de esfuerzos dependen del tipo de madera. Los valores de diseño dados en estas tablas deben ajustarse para acomodarse a las condiciones en las que la estructura va a ser usada. Las Tablas 3.3 a 3.6 muestran los valores de diseño junto con sus factores de ajuste que especifican las NDS para madera dimensional, madera dimensional de pino Southem, madera (5 x 5 pulg. y mayor), y para forros. Las Tablas 3.3a a Awad S. Hanna
39
'
1mcyc
Capítulo 3
Tabla 3.3 Valores de diseño para madera dimensional graduada visualmente
Valores de diseño en libras por pulgada cuadrada (psi) Especies y grado comercial
Tensión paralela Flexión a la fibra F¡, Fr
Clasificación de dimensión
Cortante paralelo a la fibra
Compresión perpendicular a la fibra
F"
Fc..1
Compresión paralela a la libra Fe
Agencia Módulo de las de reglas Je elasticidad graduación E
DOllGLAS FIR-LARCH
Estructural selecta No. 1 y mejor No. 1 No. 2 No. 3 Poste Construcción Estándar Común
2"-4" espesor 2" v más ancha
2"-4" es1Jesor 12 "-./"ancho
1450 1150 1000 875 500
1000 775 675 575 325
95 95 95 95 95
625 625 625 625 625
1700 1500 1450 1300 750
1,900,000 1.800,000 1.700.000 1.600.000 1.400.000
675 1000 550 275
450 650 375 175
95 95 95 95
625 625 625 625
825 1600 1350 875
1,-100,000 1.500.(JOO 1,400.(JOO 1,300,(JOO
WCLIB* WWPA**
DOliGLAS FIR-LARCH (NORTH) Estructural selecta No. !/No. 2 No. 3 Poste Construcción Estándar Común
2"-4" espesor
1300 825 2" y más ancha 475
800 500 300
95 95 95
625 625 625
1900 1350 775
1,900,000 1.600.000 1.400,000
650 950 525 250
375 575 325 150
95 95 95 95
625 625 625 625
850 1750 ¡ .¡ 00 925
l,-100,000 /,500.(JOO 1. 400, 000 1,300,000
12"-4" es1Jesor 2"-4" ancho
NLGA***
* Oficina de Inspección de Madera de la Costa Oeste
**
Asociación Occidental de Productos de Madera
*** Agencia Nor-oriental de Graduación de Madera
De las Especiticaciones Nacionales de Diseño para Madera de Construcción 1991
Valores de disefio en libras por pulgada cuadrada (psi)
Especies y grado comercial
Tensión Cortante Compresión paralela paralelo perpendicular Clasificación a la fibra de dimensión Flexión a la fibra a la fibra F.i F, F,, F"
Agencia Compresión Módulo reguladora paralela de de a la fibra elasticidad graduación E F.
DOUGLAS FIR-SOUTH Estructural selecta No. 1 No. 2 No. 3 Poste Construcción Estándar Común
2"-4" espesor 2" v más 2"-4" espesor 2"-4" ancho
1300 900 825 475
875 600 525 300
90 90 90 90
520 520 520 520
1550 1400 1300 750
1.400.000 1.300.000 1.200.000 1 100.000
650 925 525 250
./25 600 350 150
90 90 90 90
520 520 520 520
825 1550 1300 875
1.100.000 /,200,000 l, /00,000
1250 775 575 350
575 350 275 150
85 85 85 85
555 555 555 555
1200 1000 825 475
1.200.000 1.100.000 1 100 000 900.000
450 675 375 175
200 300 175 75
85 85 85 85
555 555 555 555
525 1050 850 550
900,000 1,000,000 900,000 800.000
EASTERN HEMLOCK-TAMARACK Estructural selecta No. 1 No. 2 No. 3 Poste Construcción Estándar Común
2"-4" esoesor 2" v más 2"-4" espesor 2"-4" ancho
* Asociación de Fabricantes de Madera del
WWPA
-J 1
'·ººº·ººº NELMA* NSL.B
Noreste
**Oficina de Madera Suave del Norte
40
Sistemas de Cimbras
¡
()
1mcyc Disello de: cimbra para losas
Tabla 3.3 Valores de diseño para madera dimensional graduada visualmente. (Continuación) Tabla 3.3 Continuación Valores de diseño en libras por pulgada cuadrada (psi)
Especie y grado comercial
Agencia Tensión Cortante Compresión Compresión Módulo de las paralela paralelo perpendicular paralela de reglas de a la fibra elasticidad graduación Clasi ticación Doblado a la fibra a la fibra a la fibra de dimensión F, F, F, F, Fh E
HEM-FIR (NORTH) Estructural selecta No. l/No. 2 No. 3 Poste Construcción Estándar Común
211 -4 11 espesor 211 y más ancho 12"-4" espesor 12"-4" ancho
1300 1000 575
775 550 325
75 75 75
370 370 370
1650 1450 850
1,700,000 1,600,000 1,400,000
775 Jl 50 625 300
425 625 350 175
75 75 75 75
370 370 370 370
925 1750 1500 975
1, 400, 000 1,5 00, 000 1, 4 00, 000 1,300, 000
1000 725 700 400
600 425 425 250
100 100 100 100
620 620 620 620
875 700 550 325
1,300,000 1,200,000 1,100,000 1,000,000
550 800 450 225
325 475 275 125
l 00 100 100 100
620 620 620 620
350 725 575 375
l, 000, 000 l,l 00, 000 1, 000, 000 900,000
NLGA
MIXED MAPLE Estructural selecta No. 1 No. 2 No. 3 Pos/e Construcción Estándar Común
211 -4 11 espesor 2" y más ancho 2"-4" espesor 2"-4" ancho
NELMA
EASTERN SOFTWOODS Estructural selecta No. 1 No. 2 No. 3 Poste Construcción Estándar Común
2"-4" espesor 2" y más ancha 2"-4"espesor 2"-4" ancho
1250 775 575 350
575 350 275 150
70 70 . 70 . 70
335 335 335 335
1200 1000 825 475
1,200,000 1,100,000 1,100,000 900,000
450 675 375 175
200 300 175 75
70 70 70 70
335 335 335 335
525 1050 850 550
900,000 1,000,000 900,000 800,000
1250 775 575 350
575 350 275 150
70 70 70 75
350 350 350 350
1200 1000 825 475
450 675 375 175
200 300 175 75
70 70 70 70
350 350 350 350
525 1050 850 550
1,200,000 1,100,000 1,100,000 900,000 NELMA 900, 000 NSLB
1400 1050 950 850 500
900 700 600 500 300
75 75 75 75 75
405 405 405 405 405
1500 1350 1300 1250 725
1,600,000 1,500,000 1,500,000 1,300,000 WCLIB 1,200,000 WWPA
675 975 550 250
400 575 325 150
75 75 75 75
405 405 405 405
800 1500 1300 850
1, 200, 000 1,3 00, 000 1,200, 000 1.100,000
NELMA NSLB
EASTERN WHITE PINE Estructural selecta No. 1 No. 2 No. 3 Poste Construcción Estándar Común
211 -4" espesor 2" y más ancha 2"-4" espesor 2"-4" ancho
1,000,000 900, 000 800, 000
HEM-FIR Estructural selecta No. 1 & Btr No. 1 No. 2 No. 3 Poste Construcción Estándar Común
Awad S. Hanna
2"-4" espesor 2" y más ancha
2"-4" espesor 12"-4" ancho
41
Capitulo 3
1 Tabla 3.3 Valores de diseño para madera dimensional graduada visualmente.(Continuación)
Valores de diseño en libras por pulgada cuadrada (psi)
f'.specie y grado comercial
/\gcn<.:ia Tensión Cortante Compresión Compresión Módulo de las Clasificación paralela paralelo perpendicular paralela de reglas de de a la libra Elasticidad Flexión a la fibra a la fibra a la fibra dimensión ¡;~ F, F± F,, F. E graduación
NORTHERN WHITECEDAR
Estructural selecta No. 1 No. 2 No. 3 Poste Construcción Estándar Comlin
2"-4" espesor 2" y más 2"-4" espeso1 2 "-./"ancho
775 575 550 325
450 325 325 175
60 60 60 60
370 370 370 370
750 600 475 175
800.000 700.000 700.000 600.000
-125 625 350 175
250 375 200 I 00
60 60 60 60
370 370 370 370
300 625 .:/75 325
600, 000 7ºº· 000 600, 000 600, 000
1300 925 900 525
750 550 525 300
1 5 l.QS 1 105
1~5
615 615 615 615
1100 900 700 400
1.700.000 1.600.000 1.500.000 1.300.000
700 /050 575 275
-125 600 325 150
105 /05 105 105
615 615 615 615
./50 925 725 .:/75
/,300,000 1. .¡ 000 1,300,000 1, 200, 000
NEl.M/\
RED MAPLE
Estructural selecta No. 1 No. 2 No. 3 Poste · Construcción Estándar Co111ú11
2"-4" espesor 2" y más IJ"-./"espesor
IJ"-./" ancho
Nt:l.M/\
ºº·
MIXED OAK
Estructural seleta No. 1 No. 2 No. 3 Poste Construcción Estándar Común
2"-4" espesor 2" y más ancho 2"-./" espesor 2"-4" ancho
1150 825 800 475
675 500 475 275
85 85 85 85
800 800 800 800
1000 825 625 375
1.100.000 1.000,000 900.000 800.000 NEl.MA
625 925 525 250
375 550 300 150
85 85 85 85
800 800 800 800
./00 850 650 425
1400 1000 975 550
800 575 575 325
110 110 110 110
885 885 885 885
1150 925 725 425
1.400.000 1.400.000 1.300.000 1.200.000 NELMA
750 1100 625 300
-150 650 350 175
110 110 110 110
885 885 885 885
450 975 750 500
1, 200. 000 1, 200, 000 1.1ºº·000 1, 000, 000
800, 000 900,000 800, 000 800, 000
NORTHERN RED OAK
Estructural selecta No. 1 No. 2 No. 3 Poste Co11strucción Estándar Común
2"-4" espesor 2" y más ancho 2"-./"espesor 2"-./" ancho
· NORTHERN SPECIES
Estructural selecta No.l/No.2 No. 3 Poste Construcción Estándar Común
42
2"-4" espesor 2... y más ancho 2"-4" espesor 2"-4" ancho
950 575 350
450 275 150
65 65 65
350 350 350
1100 825 475
1.100.000 1.100.000 1.000.000
-150 675 375 175
200 300 175 75
65 65 65 65
350 350 350 350
525 1050 850 550
1, ººº· 000 1, 000, 000 900, 000 900, 000
NLGA
Sistemas de Cimbras
¡
. l
l
'
1mcyc Discfüi de
i.:1111bra
para losas
Tabla 3.3 Valores de diseño para madera dimensional graduada visualmente.(Continuación)
Valores de disello en libras por pulgada cuadrada (psi) Especies y grado comercial
Clasi ticación de dimensión
Tensión Cortante Compresión Compresión Módulo Agcni.:1•1 de las paralela paralelo perpendicular paralela de a la fibrn Flexión a la fibra a la fibra a la libra elasticidad reglas de graduación FF. F. E Fb F,J·
SPRLICE-PINE-FIR
Estructural selecta No. l/No.2 No. 3 Po.\' te 0ll.\'tr11c:c:ió11 l:".\'tÚ11clar ( º0111ú11 0
(
2"-4" espesor 2" y más 2"-./" espesm
2 "-./" ancho
1250 875 500
675 425 250
70 70 70
425 425 425
1400 1100 625
1.500.000 1.400.000 1.200.000
675 975 550 250
325 ./75 275 125
70 70 70 70
./25 ./25 ./25 ./25
675 1350. 11 (}0 715
/ ,]()0,fJOO 1.300,(J{){) J. 200. ()()() 1. I 00, 000
1300 850 750 425
575 400 325 200
70 70 70 70
335 335 335 335
1200 1050 975 550
1.300.000 1.200.000 1.100.000 1.000.000
575 850 ./75 225
250 375 225 /(}()
70 70 70 70
335 335 335 335
(,(){)
I 200 I 000 650
1. 0(}() 1, {}()(), 00() 900, 000 1)()(), ()0()
1150 825 800 475
675 500 475 275
85 85 85 85
820 820 820 820
1000 825 625 375
IA00.000 1.300.000 1.200.000 1.100,000
625 925 525 250
375 550 300 150
85 85 85 85
820 820 820 820
./00 850 650 ./25
1. I 00.(JOO 1.200.(JOO 1. I 00/JOO 1. 0()()
1750 1350 1100 975 775 925 725 525 425
1000 800 625 575 450 525 425 300 250
145 80 85 80 80 80 80 80 80
650 650 425 650 425 650 425 650 425
1850 1500 1100 1200 900 950 700 550 400
1.400.00C 1.400.00U 1.100.000 1.300.00C 1,100.00( 1.200.000 1.000.000 1.100,00C 900.000
575 825 ./50 225
325 475 275 125
80 80 8(}
./25 ./25 ./25 ./25
./5() 925 725 .¡75
900,00(. 900.(J()( 900.(J()(. 800,()()(
l'\ l.
SPIWCE-PINE-Ftn (SOllTfl)
Estructural selecta No. 1 No. 2 No. 3
2"-4" espesor 2" y más
Poste ( '011.,·tr1t('(:ió11
]"-./" espesm
E.\'tá11dar Común
2 "-./" ancho
ººº·
Nl:LMA NSU3
\\'Cl.IB WWP!\
nED O:\K Es~·uctural
selecta
No. 1 No. 2 No. 3 Poste
2"-4" espesor
( "onstr11cció11 Estánclard Común
]"-./"espesor
2" y müs
:1"-./" ancho
NEl.MA
ººº·
REDWOOD F<:tr1wt11r:1l 1•l:1r:1
Estructural sdccta Estructural. selecta grano No. 1 No. 1. grano abi1.:rto No. 2 No. 2. grano abierto No ..1 No. 3. grano abierto Poste ( "onstrucción f:"stándar ("01111Í11
t\wad S. Harma
2"-4" espesor 2" y más
12"-./" espesor 2"-./" ancho
80
RIS*
43
~~,,
1mcyc Capitulo 3
¡ 1
Tabla 3.3 Valores de diseño para madera dimensional graduada visualmente.(Continuación)
WESTERN CEDARS
Estructural selecta No. 1 No. 2 No. 3 Poste Construcción Estándar Común
2"-4" espesor 2" y más 2"-4" espesor 2"-4" ancho
1000 725 700 400
600 425 425 250
75 75 75 75
425 425 425 425
1000 825 650 375
550 800 450 225
325 475 275 125
75 75 75 75
425 425 425 ./25
400 850 650 ./25
875 650 650 375
400 300 275 175
70 70 70 70
335 335 335 335
1050 925 875 500
1.200.000 1.100.000
500 725 400 200
225 325 175' 75
70 70 70 70
335 335 335 335
550 1050 900 600
900,000
1.100.000 1.000.000 1.000,000 900.000 WCLlB 900,000 900,000 800,000 800, 000
WWPA
WESTERN WOODS
Estructural selecta No. 1 No. 2 No. 3 Poste Construcción Estándar Común
2"-4" epesor 2" y más 12"-4"espesor 2"-4" ancho
'·ººº·ººº 900,000 ººº·
WCLIB WWPA
1. 000 900, 000 800,000
Figura 3.4 Fuerzas y direcciones de la fibra.
Tensión puralela
7/
[
t
Flexión
]
a la fibra Compresión
&!ro/I <:J-
Compresión paralela a la tihra
Com¡m.:sión perpendü:ular a la tihra
44
·iensión perpendicular a la fibra
Coitante vertical
Tensión -[>
Compresión, tensión y wrtante causados por d dohlado
Cortante longitudinal
Sistemas de Cimbras
Diseiio de cimbra para losas
Tabla 3 .3a Factor de ajuste de tamaño Cr para madera dimensional visualmente graduada
Fh Espesor 2 y 3 pulg.
Ancho (pulg)
Grados Selecta Estructural No. 1 y major No. No. 2 No. 3
Espesor 4 pulg.
F,
F,
2, 3, y4 5 6 8 10 12 14 y más ancha
1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9
1.5 1.4 1.3 1.3 1.2 1.1 1.0
1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9
1.15 1.1 1.1 1.05 1.0 1.0 0.9
2, 3, y 4 5y6 2, 3, y 4
1.1 1.0
1.1 1.0
1.1 1.0
1.05 1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
4 2y3
1.0 0.4
1.0
1.0 0.4
1.0 0.6
Poste Construcción y Estándard Utilidad
T a bl a 3 3b Factor Cru uso p. ano Espesor (pulg) Ancho pulg. 2y3 4 5 6 8 l Oy más ancho
T a bl a 3.., •.)C Factor de a1uste
* Cuando (F1>,) (C 1) < Cuando (Fe) (C1) 750
1.0 1.1 1.1 11.5 11.5 1.2
4 -
1.0 1.05 1.05 1.05 1.1
eM por hume dad de serv1c10 F¡,
F,
F,
Fc1
F,
E
0.85*
1.0
0.97
0.67
0.8t
0.9
Tipo de esfuerzo
e"
2y3
1150 lb/pulg 2• 2 lb/pulg ,
C."=
C.11, 1.0. t 1.0.
Tabla 3.3d Factor CH de esfuerzo cortante Longitud de abertura en cara ancha de madera 2-pulg. (nominal) sin abertura 1 12 x cara ancha 3 t4 x cara ancha l x cara ancha 1112 x cara ancha o más
Cu
2.00 1.67 1.50 1.33 1.00
Longitud de abertura en cara ancha de 3-pulg. (nominal) y madera de mayor espesor sin abertura 1 12x cara angosta 3 14 x cara angosta 1 x cara angosta 1112 x cara angosta o más
-
Cu
2.00 1.67 1.50 1.33 1.00
Dimensión de empalme* en madera de 2-pulg. (nominal) y de mayor espesor sin abertura 1 1r.x cara angosta 1 14 x cara angosta 1 13 x cara angosta 1 12 x cara angosta o más
Cu
2.00 1.67 1.50 1.33 1.00
* El corte se mide al final entre líneas que confinan el corte y perpendicularmente a la superficie cargada.
Awad S. Hanna
45
-
-
----~--·-
'
1mcyc Capitulo 3
Tabla 3.4 Valores base de diseño para madera de pino southern dimensional visualmente graduada Valores de diseño en libras por pulgada cuadrada (psi)
Especies y grado comercial
Clasificación de tamai1o
Tensión paralela a la libra
Cortante paralela a la fibra
F1.
F,
F,.
r-: 1
2050 1450 1300 750 775
1200 875 775 450 450
100 100 90 90 90
1000 550
275
600 325 150
1850 1300 1150 675 675
Doblado
Compresión perpendicular a la libra
Compresión paralela a la fibra
Múdulll de clasticidau
/·:
i:
565 565 565 565 565
1800 1650 1650 950 950
1.600.000 l.500.000 l.-t00.000 1.200.000 1.200.000
100 90 90
565 565 565
1700 1450 950
1.300.000 1.200.000 1.100.000
1100 750 675 400 400
90 90 90 90 90
565 565 565 565 565
1700 1550 1550 875 875
1.600.000 1.500.000 1.400.000 1.200.000 1.200.000
1750 1200 1050 625
1000 700 625 375
90 90 90 90
565 565 565 565
1600 1450 1450 850
1.600.000
1500 1050 925 565
875 600 550 325
90 90 90 90
565 565 565 565
1600 1450 1450 825
1.600.000
1400 975 875 500
825 575 525 300
90 90 90 90
565 565 565 565
1550
1.600.000
1400 1400 800
1.500.000 1.400.000 1.200.000
Agencia reguladora de grauuación
:\11:'\ED SOFfHERN PINE htructurnl sdecta No. 1 ~o. 2 No. 3 Poste Cn11strucción Estándard ('omún Estructural selecta No. 1 No. 2 No. 3 l'osti:
2"-4" espesor 2"-4" ancho
2"-4" espesor 4" ancho
2"-4" espesor 5"-6" ancho
l:structural sdecta No. 1 No. 2 No. 3
2"-4" espesor
Estrudural selecta No. 1 No. 2 No. 3
2"-4" espesor
Fstructurnl selecta No. 1 No. 2 No. 3
2"-4" i:spi:sor
8" ancho
1O" ancho
12" ancho
SPIB*
1.500.000 1.400.000 1.200.000 1.500.00() 1.400.000 1.200.000
* Olicina de inspección de pino del sur (Southcrm Pinc lnspcction Burcau)
la 3 .3 .d muestran los valores de diseño junto con sus factores de ajuste para todas las especies con excepción del Pino Southern. Los valores de diseño para Pino Southern se muestran en las Tablas 3.4 a, 3.4d y 3.5.
Factor de tamaño Los esfuerzos paralelos a la fibra para madera dimensional visualmente clasificada deben multiplicarse por los factores de tamaño proporcionados en lasTablas 3.3a y 3.4a. Cuando el peralte d de la viga, larguero, poste, o tablón excede de 12 pulg., el valor de diseño tabulado Fb debe ser multiplicado por el factor siguiente: C" = ( l
~O
r·
Efecto de la humedad Las condiciones de servicio en seco son aquellas en las que el contenido de humedad durante el uso del miembro no es mayor al 19 por ciento, independientemente del contenido de humedad del miembro al mómento de su fabricación. Los valores de diseño (esfuerzos permisibles de diseño) para madera son aplicables a los miembros que son usados en condiciones de servicio en seco, tales como en la mayoría de las estructuras cubiertas. Para madera .fo
Sistemas de Cimbras
'
1mcyc
Dist:11o de cimbra para losas
Tabla 3.4a Factor Cr de ajuste de tamaño para pino Southerm incluyendo mezclas
Tabla 3.4b Factor Tipo de
C:11
Para madera uimensional dt! 4 pulg. de espesor. de 8 pulg~ y más ancha
Para madt:fa de 12 pulg. y más ancha
1.1
0.9
de ajuste para humedad en servicio
esfue1~zo
C11
F"
F,
F,.
F,.i.
¡:,.
f
0.85*
1.0
0.97
0.67
0.8#
0.9
*Cuando (F¡,)(C1.) l:S 1150 lb/pulg=. CM= 1.0 :f. Cuando (Fd (F¡,) :S 750 lb/pulg=. C:M
= 1.0
T a bl a.>. ., 4 c Uso peno de factor
efu de uso pano Espesor (pulg.)
Espesor (pulg.) 2 y 3 4 5 6 8 1Oy más ancho
2y3
4
1.0 1.1 1.1 1.15 1.15 1.2
1.0 1.05 1.05 1.05 1.1
Tabla 3 .4d Factor C11 de esfuerzo cortante Lone.ituu de abertura en cara ancha tk mallera de 2 pulg. (nominal) Sin abertura 1 : ' cara ancha ··,~ ' cara ancha 1 ' cara ancha 11 ~ x cara ancha o más
C11 2.00 1.67 1.50 1.33
1.0
Longitud de abertura en cara ancha de madera de 3 pulg. (nominal) y más ancha Sin abertura '1= ' cara angosta "~ ' cara angosta 1' cara angosta 1 1 ,~ ' cara angosta o 1m\s
C11 2.00 1.67 1.50 1.33 1.00
Tamaiio ut: empalme* en madera uc 2 pulg. (nominal) y más ancha Sin empalme 'h ' cara angosta
l;4 ' cara angosta 1 1 '\ cara angosta 1 /: ' cara angosta o más
C11 2.00 1.67 1.50 1.33
1.00
- cargada *El empalme se mide al linal entre líneas que rnnlinan al empalme y perpendicular a la superllc1e
usada en condiciones en que el contenido de humedad de la madera exceda el 19 por ciento por un largo período de tiempo, los valores de diseño del miembro deben multiplicarse por el factor CM de condiciones de servicio húmedo, como se especifica por las Especificaciones Nacionales de Diseño para Construcción en Madera (NOS). El factor de servicio húmedo ( <1.0) es usado para disminuir los esfuerzos permisibles que consideran en el debilitamiento del miembro debido al incremento en su contenido de humedad. Un ejemplo del factor de servicio húmedo se presenta en la Tabla 3 .3c.
A\\ad S llarrna
47
o
1mcyc Capítulo 3
Tabla 3.5 \Talorc:s básicc;s
Especie y grado comercial
Clasificación de tamaño Flexión
Compresión Compresión Tensión Cortante perpen
Fh
Mó
de Elas tici
F,
F.
E
Agencia reguladora de graduación
PIN<> S< >UTHERN Estructural sdccta densa
Estructural selecta Estr\.tCtural selecta no densa No. 1 Densa No. 1 2"-4" espesor No. I No densa 2"-4" ancho No. 2 Densa No. 2 No. 2 No densa No. 3 Poste Ccmstruccic'in
2"-4" espesor
Estándar Común
4" ancho
Estructural selecta
12"-4" espesor ~"ancho
Estructural sd<:cta d<:nsa Estructural sel<:cta Estructural selt!cta no
48
3050 2850 2650 2000 1850 1700 1700 1500 1350 850 875
1650
. 100
1600 1350 1100 1050 900 875 825 775 475 500
100 100 100 100 100 90 90 90 90 90
660 565 480 660 565 480 660 565 480 565 565
2250 2100 1950 2000 1850 1700 1850 1650 1600 975 975
1,900,000 1,800,000 1,700,000 l,800,000 1,700,000 1,600.000 1,700,000 1,600,000 1,400,000 1,400,000 1,400,000
1100 625 300
625 350 175
100 90 90
565 565 565
1800 1500 975
1,500,000 1,300,000 1,300,000
2700 2550 2350 1750 1650 1500 1450 1250 1150 750 775
1500 1400 1200 950 900 800 775 725 675 425 425
90 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90
660 565 480 660 565 480 660 565 480 565 565
2150 2000 1850 1900 1750 1600 1750 1600 1500 925 925
1,900,000 1,800,000 1,700,000 1,800,000 1,700,000 1,600,000 1,700,000 1,600,000 1,400,000 1,400,000 1.400,000
2450 2300 2100 1650 1500 1350 1400 1200 1100 700
1350 1300 1100 875 825 725 675 650 600 400
90 90 90 90 90 90 90 90 90 90
660 565 480 660 565 480 660 565 480 565
2050 1900 1750 1800 1650 1550 1700 1550 1450 875
1,900,000 1,800,000 1,700,000 1,800,000 1,700,000 1,600,000 1,700,000 1,600,000 1,400,000 1,400,000
2150 2050 1850 1450 1300 1200 1200 1050 950 600
1200 1100 950 775 725 650 625 575 550 325
90 90 90 90 90 90 90 90 90 90
660 565 480 660 565 480 660 565 480 565
2000 1850 1750 1750 1600 1500 1650 1500 1400 850
1,900,000 1,800,000 1,700,000 1~800,000 1,700,000 1,600,000 1,700,000 1,600,000 l,400,000 1,400.000
SPJB't
SPIB
Sistemas de Cimbras
o
1mcyc Diserio de cimbra para losas
Tabla 3.5 Continuación
Valores de diseño en libras por pulg. cuadrada (psi)
Especie y grado comercial
Clasi ticación de tamaño
Estructural selecta densa Estructural selecta Estructural selecta no densa 2"-4" espesor No. 1 Densa No. l No. 1 No densa 12" ancho No. 2 Densa No. 2 No. 2 No densa No. 3
Tensión Cortante Compresión Compresión paralela Paralela perpendicular paralela Flexión al grano al grano al grano al grano F, Fb Fv Fe: Fd 2050 1900 1750 1350 1250 1150 1150 975 900 575
1100 1050 900 725 675 600 575 550 525 325
90 90 90 90 90 90 90 90 90 90
660 565 480 660 565 480 660 565 480 565
1950 1800 1700 1700 1600 1500 1600 1450 1350 825
Módulo Agencia de reguladora Elasticidad de E graduación 1,900,000 1,800,000 1,700,000 1,800,000 1.700,000 1,600,000 1.700,000 1,600,000 1,400,000 1,400,000
-
PINO SOUTHERN (Condiciones de servicio seco - contenido de humedad 19% ó menor) Estructural densa 86 Estructural densa72 Estructural densa 65
2-1/2"-4" espesor 2" y más ancha
2600 2200 2000
1750 1450 1300
155 130 115
660 660 660
2000 1650 1500
1.800,000 1,800,000 1,800,000
SPIB
145 120 110
440 440 440
1300 1100 1000
1.600.000 1,600,000 1,600,000
SPIB
PINO SOUTHERN (Condiciones de servicio HÚMEDO) Estructural densa 86 Estructural densa 72 Estructural densa 65
2-1/2"-4" espesor 2-112" y más ancha
2100 1750 1600
1400 1200 1050
*Oficina de Inspección de Pino del Sur (Southern Pine lnspection Bureau) Tomado de las Especi ticaciones Nacionales de Diseño para Construcción de Madera 1991
Tabla 3.5a Factor de ajuste CM para servicio húmedo Tipo
1
Fi.
F,
Fv
Fc;J-
F,
E
1.00
1.0
1.00
0.67
0.91
1.00
Tabla 3.5b Factor C,, de esfuerzo cortante Dimensión de empalme* en Longitud de abertura en madera de 5 pulg. (nominal) cara ancha de madera de e,, y más gruesa 5 pulg. (nominal) y más gruesa Sin abertura
2.00
, 2x
1.67
cara angosta 3 14 x cara angosta 1 x cara angosta 1 1 2 x cara angosta
1.50 1.33 1.00
Sin empalme 1s x cara
angosta 1 /4 x cara angosta 1 13 x cara angosta 1 2 x cara angosta o más 1
C11
2.00 1.67
1.50 1.33 1.00
*El empalme es medido al final entre líneas que confinan al empalme y perpendicular a la superficie cargada
Awad S. Harma
49
:1
1mcyc Capitulo J
Tabla 3.6 Valores de diseño para forros visualmente graduada Valores de diseño en libras por pulgada cuadrada Especie y grado comercial
Clasificación de tamaño
F±
F,,
E
Douglas Fir-Larch 2-4 pulg. espesor. 6-8 pulg. ancho
1750.0 1450.0
625.0 625.0
1.800,000 1,700.000
Dex selecta
2-4 pulg. espesor,
Dex comercial Redwood
6-8 pulg. ancho
1400.0 1150.0
405.0 405.0
1.500.000 1.400.000
Selecta, grano cerrado
2 pulg. espesor.
-
Selecta comercial
6 pulg. y más ancha
1850.0 1450.0 1200.0
1.400.000 1.100.000 1.000.000
Deck Hcarth
2 pulg. espesor. 4 pulg. ancho
400.0
420.0
900.000
2 pulg. espesor. 6 pulg. y más ancha
700.0
420.0
900.000
Dex selecta
Dex comercial Hem-Fir
y
Cubierta común
-
Southern Pine (condiciones de servicio seco - 19% o menos de contenido de humedad) Densa estándard Densa selecta Selecta Densa comercial Comercial
2-4 pulg. espesor.
2 pulg. y más ancha
2000.0 1650.0 1400.0 1650.0 1400.0
660.0 660.0 565.0 660.0 565.0
1.800.000 1.600.000 1.600.000 1.600.000 1.600.000
1600.0 1350.0 1150.0 1350.0 1150.0
440.0 440.0 375.0 440.0 375.0
1.600.000 1.400.000 1.400.000 1.400.000 1.400.000
Southem Pine (condiciones de servicio húmedo) Densa estandard Densa selecta Selecta Densa comercial Comercial
2 1/2-4 pulg. espesor.
2 pulg. y más ancha
De las Especificaciones Nacionales de Diseño para Construcción con madera 1991
Tabla 3.6a Factor (Cm)* de Servicio húmedo.
Tipo de esfuerzo
F1i
Fc.L
E
C.1
0.85t
0.67
0.9
* Para uso de southern pine del sur usar valores de diseño tabulados para condiciones de servicio húmedo sin mayor ajuste t
Cuando (F,,J (C¡) < 1150 pst, C\/ = 1.0.
Igualmente, el contenido de humedad agrega peso adicional a la madera, las NDS especifican que la fórmula siguiente debe usarse para determinar la densidad de la madera (en lb/pie\ Dens1'd ad
=
624 . [
m.c.]
G ] [ 1+ - 1 + G(0.009)(m.c.) 100
en donde 50
Sistemas de Cimbras
Ci
1mcyc Disdio de cimbra para losa
D ens1·d a d
= 62.4 [
m.c.J
G ] [ 1+ - 1 + G(0.009)(m.c.) 100
en donde G
gravedad específica de la madera con base en peso y volumen cuando es secada con horno
=
m.c.
=
contenido de humedad de la madera en%
Factor de duración de fa carga La madera tiene la propiedad de soportar una carga máxima sustancialmente mayor por una duración corta que por una duración larga . Los valores de diseño tabulados por las NDS aplican a duración normal de carga. La duración normal de carga es definida como la aplicación de la carga total de diseño que esfuerza totalmente un miembro a su valor de diseño permisible por un período acumulativo de aproximadamente 10 años. Los valores para factores de duración de carga se muestran en la Tabla 3.7.
Tabla 3.7 Factor de duración de carga (C 0 ) Duración de carga Permanente 10 é.lllOS 2 meses 7 días 1O minutos Impacto
Cn 0.9 1.0 1.15 1.25 1.6 2.0
Carga típica de diseño Carga muerta Carga viva de ocupación Carga por nieve Carga de construcción Carga por viento/sismo Carga de impacto
Tomado de las Especificaciones Nacionales de Diseño para Construcción con madera 1991
Factor de temperatura La madera incrementa su resistencia cuando es enfriada por abajo de temperaturas normales y disminuye su resistencia cuando se calienta. El prolongar el calentamiento por encima de 65ºC puede resultar en una pérdida permanente de resistencia. Los valores tabulados de diseño deberán multiplicarse por factores de temperatma C1 para un miembro que experimente exposición sostenida a temperatura elevada de hasta 65º C. Estos valores se muestran en la Tabla 3.8.
Tabla 3.8 Factor de temperatura (Ct).
Valores de diseño F~.
E
l·i.. F,,
t·: y t·:..i.
Contenido de humedad en servicio Mojada o seca Seca Húmeda
c, T-S. IOOºF
IOOºF < T-S. 125ºF
125ºF 'S. T-S. 150ºF
1.0
0.9
0.9
1.0
0.8 0.7
0.7 0.5
1.0
Tomado de las Especi ti cae iones Nacionales de Diseño para Construcción con madera 1991
:\\\:Id S l lanna
51
1'
()
1mcyc Capitulo 3
Factor de área de contacto Los valores tabulados para diseño en compresión perpendicular a la fibra F el. aplican a soportes de cualquier longitud en los extremos del miembro, y a todos los soportes de 6 pulg. o más en longitud en cualquier otra ubicación. Para soportes menores de 6 pulg. y no más cerca de 3 pulg. del extremo de un miembro, los valores de diseño tabulados perpendiculares al grano F c.L deben ser multiplicados por el factor de área de contacto Cb. Los valores de Cb se muestran en la Tabla 3.9
Tabla 3.9 Factor de área de contacto (Cb)*
6ó
lb (pulg.)
0.5
1.0
1.5
2.0
3.0
4.0
más
1.75
1.38
1.25
1.19
1.13
1.10
1.00
a de contacto tal como rondanas. la 1ong1tuC1 cie contacto l1i sera igual s Especificaciones Nacionales de Diseño para Madera de Construcción 1991
3.4 Propiedades del triplay 3.4.1 Clasificación de durabilidad por exposición El tri play es clasificado como interior o exterior. La clasificación se hace con base en la resistencia de la adherencia del pegamento a la humedad, que es afectada por el adhesivo usado, el espesor de chapa, y la construcción del tablero. El tri play se fabrica en cuatro clasificaciones de durabilidad por exposición: Exterior, Exposición l, JM,. AGE (Exposición 2), e Interior. El tipo exterior se hace con pegamento 100 por ciento a prueba de agua.
3.4.2 Clasificación de chapa El triplay es graduado con base en la apariencia y defectos en las chapas. La chapa es dividida en los siguientes cinco grados: el grado N está libre de defectos, nudos,'y parches limitados, y es adecuado para trabajo en donde se desea un acabado natural, como en muebles. El grado A es liso, libre de nudos, y pintable. Los grados N y A son considerados los niveles de grado más altos. El grado Bes similar al grado A excepto que pueden encontrarse nudos, parches, y defectos de lijado. El grado C permite mayores nudos y agujeros de nudos; es el grado más bajo permitido en triplay tipo exterior. El grado C taponado es un grado C reparado o mejorado. El grado D puede tener nudos más grandes, agujeros de nudos, y un número de reparaciones, agujeros, y defectos de lijado; este grado no es permitido para paneles exteriores.
3.4.3 Grados de triplay Cualquier combinación de los grados antes mencionados existe como superficie de cara y de reverso para el panel de tri play. El sistema de clasificación incluye: • C-D Interior y C-C exterior(ambos no son lijados), ambos paneles para forro, son designados forros con clasificación APA. 52
Sistemas de Cimbras
~)
1mcyc Discr)o de 1.:imbra para losas
• Paneles aparentes lijados 19/32 pulg. o más gruesos son designados como Clase piso -1-Sturd APA. • El forro clasificado puede ser modificado por los términos de estructural 1 o 11. • Los paneles de triplay que cumplen con este sistema son designados por grosor, o claro, sin referencia a la especie de chapa. La clasificación por claro se escribe en la forma 48/24, en donde el numerador indica el claro máximo recomendado en pulgadas cuando se usa para pisos, y el denominador indica el claro máximo recomendado en pulgadas cuando se usa para pisos. Estos valores se basan en una carga de techo de 35 lb/pie2 ( 170.94 kg/m2), y una carga de piso de 100 lb/pie 2 ( 488.24 kg/m 2). La limitación de carga de piso es una flexión de L/360 en donde L representa el claro.
3.4.4 Especies de madera Las maderas que pueden usarse para fabricar triplay bajo los Estándares de Producto de los Estados Unidos PS183, son clasificadas en cinco grupos con base en módulos elásticos en flexión y en importantes propiedades de resistencia. La clasificación de grupo de un panel de tri play es generalmente determinada por la chapa de la cara y el reverso permitiendo que la chapa interior sea de un grupo diferente. Para ciertos grados tales como los grados Marino y Estructural I, todos los triplays requieren ser de la especie del Grupo 1.
3.4.5 Dirección de la fibra en la cara Para mayor resistencia y rigidez, el triplay debe instalarse con la fibra perpendicular a los apoyos. Las propiedades de la sección paralelas a la fibra del triplay se basan en la construccción del pánel que da valores mínimos en esta dirección. Las propiedades perpendiculares a la fibra se basan en general, en una diferente construcción del pánel. lo que da valores mínimos en esa dirección (Figura 1.6). Para propósitos de diseño, los cálculos deben tomar en cuenta en qué dirección se han de imponer los esfuerzos en los paneles. Si los esfuerzos pueden esperarse en ambas direcciones, entonces tanto la dirección paralela como la perpendicular deben revisarse.
3.4.6 Nivel de esfuerzos Los esfuerzos permisibles mostrados en la Tabla 3 .1 O, se dividen en tres diferentes niveles, que están relacionados con el grado del tri play. Las investigaciones indican que la resistencia esta directamente relacionada con el espesor de chapa y el tipo de pegamento. La derivación del nivel de esfuerzo es como sigue: •
Los esfuerzos de flexión, tensión, y compresión dependen del grado de la chapa.
•
Los esfuerzos cortantes no dependen del grado de la chapa, pero varían con el tipo de pegamento.
•
La rigidez y la resistencia al aplastamiento dependen del grupo de especie, no del grado de la chapa.
Hay que hacer notar que la Tabla 3 .10 debe leerse conjuntamente con las Tablas 3 .11 a 3 .14.
3.4.7 Condiciones secas y condiciones húmedas Los esfuerzos permisibles en la columna titulada "seco" de la Tabla 3.14, aplican al triplay bajo condiciones de servicio que están continuamente secas. Las condiciones secas son definidas como un contenido de humedad de menos del 16 por ciento. Cuando el contenido de humedad es 16 por ciento o mayor, deben utilizarse los esfuezos permisibles bajo la columna titulada "húmedo". Awad S. Harma
53
Capitulo 3
Tabla.3.1 O Clave para la clasificación de claro y el grupo de especie.
Clasificación de claro (Grado de clasilicación de forrado AP¡\) 12/0 16/0 20/0 24/0 32/16 40/20 48/24
CLAVE PARA LA CLASIFICACION DE CLARO Y GRUPO DE ESPECIE Para paneles con "'Clasificación de claro.. como a ~ ~~o de la parte superio~ y espesor como en la izquierda, usar
el
esft~noparagrupodeespec~mostradoen
la tabla
Clasificación de claro (Grado de PISO STURD-1)
ESPESOR (pulg.) 5 ¡ 16
4
l6oc
20 oc 24 oc
48 oc
1
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-
3¡ 8
4
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-
15/32
&
1/2
4
1 .:,
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-
19/32 & 5/8
( 1) Espesores no aplicables a PISO CLASIFICADO STURD 1 de APA (2) Para PISO CLASIFICADO STURD-1 24oc APA, usar los esfuenos del Grupo 4.
4
23/32 & 3/4
7/8
3
(2)
1 - 1/8
Tomado de
Dise~o
de Triplay y Especificaciones de la Asociación Americana de Triplay 1997.
3.4.8 Duración de la carga Puesto que el triplay usado en el cimbrado tiene un_a duración de carga máxima de 7 días, las especificaciones de la APA permiten un incremento del 25% en los valores de diseño dados en la Tabla 3.14
3.4.9 Metodología y ecuaciones de diseño Al seleccionar las dimensiones del tri play, viguetas, y largueros para claros y cargas dados, se deben considerar los siguientes requisitos: 1. Los esfuerzos de trabajo permisibles para flexión y para cortante no deben ser excedidos. 2. Los límites permisibles de flexión no deben ser excedidos. 3. Las dimensiones de las viguetas y los largueros deben ser obtenidos fácilmente en el comercio local. 1. Diseño por flexión: a. Para claro simple w,.
=
96F" (KS)
¡2
1
b. Para dos claros 96F" (KS)
" = - -,~ - -
ll'
1
c. Para tres o más claros: Sistema~
de Cimbras
*"'
1mcyc Discfüi dt: cimbra para losas
Tabla 3.11 Guía para utilizar las tablas de esfuerzos permisibles y propiedades de sección.
APLICACIONES EXTERIORES Grado de triplay
Descripción y uso
Grado de chapa
Marcas registradas tjpjcas
Cara
c
C'LASIFIC' AC'ION Grado no lijado de fono con APA FORRO pegamento a ·prueba de agua para EXTERIOR'•• aplicm.:ionc:s en muros. t.:chos. bases de piso y aplicaciones industriales tal.:s como
,\ cst~ gr'.1do de fcmmlo. no lijado. P:m1 ESTRL'CTl :R,\L :1plicac1oi~~s ~e 11.1g.en1ena en FORRO EXTl'.RIOR construcc1on e mdustna en donde s.: . ,, requieren todos los paneles tipo exterior. El estructural 1 se hace sol:unentc con nmderns del Grupo 1.
APA
l'L '\TORl\I APA B·BGrado de cimbra para concreto con CLASE 1ó11(2) alto factor de re-uso. Lijada en ambos lados. m:eit;1do de planta al menos que se especifique ch: otni modo. l>isponihle en HDO. Para la inli.mnación de diseilu en este pand de uso especial \"Cr: AP A Dcsig.n/('unstrnction Guide: Concrete Funninl!. Fomrn No. \'345. Dise1iar usando ~·;1lores de esta especificación darú por resultado un dise1io
Interior
('
e
SUIUCTUIUL1
2"0 SlllJICM
Grado por nivel de esfüerzo (Tabla 3)
Grnpo de especie
Tabla de propiedad de sección
5116. 3/8. 15/32. 112. 19/32. 5/8. 23/32. 3/4
S-tl"I
Ver ..Clave para la clasificación de claro..
Tabla 1 (no lijada)
5116. 3/8. 15/32. 1/2. 19/32. 5/8. 23/32. 3/4
S-1 1" 1
Grupo 1
Tabla 2 (no lijada)
19/32. 5/8. 23/32, 3(4
S-2
IXPOSIJ".11
~~"~ ('
Cl.ASIFIC'AC:ION Para combinación de base para piso en donde pueden presentarse APA PISO condiciones severas de humedad. así STURD-1 EXTERIOR'" como en cubienas de balcones. Contiene resistencia :1 1.:arg:1s conccntrndas y cargas de imp:1cto durante h1 constrm:ción y ocup;1ción. l .ijado al 1:1ct11 (.t ). Disponible con extremos nwchi-hembrados.'~' SlJBC.-\1'/\ .·\J> ..\ La suh1.:<>pa parn piso en donde EXTERIOR y pueden e\istir severas condiciones de C'ONE(T:\DA ('.('humedad. Tambit!n para cua11os de EXTERIOR atmósti:rn contrnlada y muclrns otras ;1plicaciones industri;1les. Toque de lija. Disponible con bordes machih~mbrados.'~'
Re\'erso
Espesores comunes
('
('
conectado
APA
conectado
Ver Tabla 1 ..Clave para (lijado al tacto) la clasificación de claro ..
1/2, 19/32. 518. 23/32. 314
S-2
Como se especifica
Tabla 1 (lijado al tacto)
S-2
Clase 1 uso Grupo 1: Clase 11 uso Grupo 3
Tabla 1 (lijada)
C.CPlUCCE:D CROUPZ (ll[AIOR
--~--
8
8
c
19/32. 5/8. 23/32. 3/4
B
1/4. 3/8. 1/2. 5/8. 3/4
Cara A y reverso usar S-1. Cara 8 ó reverso usar S-2
1/4, 11/32. 3/8, 15/32, 112. 19/32. 518. 23/32.
Cara A ó C y reverso usar S-1(16).
APA PUFOAM
B·B CLAUI UU:RIOR
--~--
conservador.'~'
APA MARINO
EXTERIOR
Triplay superior tipo exterior hecho solamente con Doud:1s-Fir o con Wcstern-Lmch. C'o~stnu.:ción especial de 11i1dc11 sólido Disponible con carn i\llJO o 1IDO. Ideal para construcción de c;1s..:os de bar..:o
GRADOS DE üen..:ralmentc se ;1plic;m en donde se APARIENC'IA requiere superficie ele ;1lta calidad. APA EXTERIOR Incluye APA. A·A. A·B. A·C. 8-8. 13-C:. HDO. y MDO EXTERIOR. (5)
A
A
!MARINE ·A·A·EXT{
Ó
l
8
ó 8
8
c
ó
ó
mejor
mejor
i'APA. OOO·PS 1·95
A-e-· ~
--::!,--
314
Cara 8 o reverso usar S2
Grnpo2 (lijada)
Conio se especifica
Tabla 1
(lijada)
, ( 1) Cuando el pegamento exterior es espe1.:ilicado. por ejemplo Exposición 1. debe usarse plyfonn y el nivel de esfuerzo 2 (S-2). (2) lnfonnarse con pro\'eedores locales sobre la disponibilidad antes de especificar Cimbra de Triplay Clase 11, ya que raramente se fabrica. {J) Las propiedades y esfuerzos aplican solamente a CLASIFICACION APA PISO-STURD-1, y FORRADO CLASIFICADO APA. fabricado totalmente con chapas. H l EL PISO-STURD·I C'LASIFIC' ADO APA 2.4.1. puede ser producido sin lijado. (5) Puede existir 1.:01110 Estructural l. Para rnl designación usar esfüerzos Grupo 1, y propiedades de sección de Tabla 2. (ú) Cara(' y re\'erso deben ser natural sin reparar: si son reparadas. usar nivel de esfuerzo 2 (S-2)
Awad S. Hanna
55
fJ
1mcyc Capítulo]
Tabla 3.12 Propiedades de la sección_efectiva para tri play CARAS DE TRIPLA Y DE GRUPOS DIFERENTES ESPECIES DESDE LA PARTE INTERIOR cmcLUYETODOSLOSGRADOSDEPRODUCTOSESTANDAREXCEPTOAQUELLOSANOTADOS EN LA TABLA 2) Esfuerzo aplicado paralelo al grano de cara Espesor nominal (pulg.)
¡$ Espesor efectivo para Peso A cortante aproximado Area 2 {pulg.} {lb/pie ) {pulg. 2/pie)
I
Momento de inercia {pulg.~/pie)
Esfuerzo aplicado perpendicular a la fibra de cara
KS lb/Q Módulo Constante de efectivo cortante A de sección rodante Area 2 {pulg.'lpie) {pulg. /pie} {pulg. 2/pie)
I
Momento de inercia (pulg.~/pie}
KS lb/Q Constante Módulo efectivo de de cortante sección rodante (pulg:'/pie) (pulg. 2/pie)
Paneles no lijados 5/16-U 3/8-U 15/32- y 1/2-U 19/32- y 5/8-U 23/32- y 3/4-U 7/8-U 1-U 1-1/8-U
1.0 l. 1 1.5 1.8 2.2 2.6 3.0 3.3
0.268 0.278 0.298 0.319 0.445 0.607 0.842 0.859
1.491 1.866 2.292 2.330 3.247 3.509 3.916 4.725
0.022 0.039 0.067 0.121 0.234 0.340 0.493 0.676
0.112 0.152 0.213 0.379 0.496 0.678 0.859 1.047
2.569 3.110 3.921 5.004 6.455 7.175 9.244 9.960
0.660 0.799 1.007 1.285 1.563 1.950 3.145 3.079
0.001
0.023
4.497
0.002 0.004 0.036 0.112 0.210 0.288
0.033 0.056 0.091 0.232 0.397 0.660 0.768
5.444 2.450 3.106 3.613 4.791 6.533 7.931
o.oto
Paneles lijados 1/4-S
0.8
0.267
0.996
0.008
0.059
2.0IO
0.348
0.001
0.009
2.019
11/32-S 3/8-S 15/32-S
1.0 1.1 1.4
0.284
0.996
2.765 3.088 4.113
0.417 0.626 1.204
0.001 0.002 0.006
2.589
1.307 1.947
0.093 0.125 0.214
0.016
0.288 0.421
0.019 0.027 0.066
0.023 0.067
3.510 2.434
1/2-S
1.5 1.7 1.8 2.1 2.2 2.6 3.0 3.3
0.425
1.947
4.466
1.240
0.009
0.087
2.752
2.423
0.077 0.115
0.236
0.546
0.315
5.471
1.389
0.021
0.137
2.861
0.550
2.475
0.129
0.339
5.824
1.528
0.027
0.164
3.119
1.737
0.050
0.231
2.081
0.063
0.285
3.818 4.079
19/32-S 5/8-S 23/32-S 3/4-S 7/8-S 1-S 1-1/8-S
0.563
2.822
0.179
0.389
0.568
2.884
0.197
0.412
6.581 6.762
0.586
2.942
0.278
0.515
8.050
2.651
0.104
0.394
5.078
0.817
3.721 3.854
0.423 0.548
0.664
3.163
0.185
0.591
7.031
0.820
8.882 9.883
3.180
0.271
0.744
8.428
2.698 2.354
0.083 0.123
0.271 0.327
4.252 5:346
1.159 1.555
0.006 0.016
0.061 0.135
2.746 3.220
0.836
Paneles con lijado al tacto 112-T 19/32- y 5/8-T
1.5 1.8
0.342 0.408
23/32-y 3/4-T
2.2
0.439
2.715
0.193
0.398
6.589
1.622
0.032
0.219
3.635
1-1/8-T
3.3
0.839
4.548
0.633
0.977
11.258
4.067
0.272
0.743
8.535
De las Especificaciones de Diseño para Triplay de la Asociación Americana de Triplay 1997.
en donde carga uniforme por flexión, lb/pie
wb =
56
F'b
=
esfuerzo de flexión permisible ajustado, lb/pulg2
KS
=
módulo de sección efectivo, pulg3/pie Sistemas de Cimbras
'.il.
1mcyc Disd'ao de cimbra para losas
Tabla 3.13
Propiedades de la sección efectiva de tri play (Estructural 1 y Marino) Esfuerzo aplicado perpendicula~ a la fibra de cara
Esfuerzo aplicado paralelo a la fibra de cara t.
KS
lb/Q
KS
lb/O
Módulo de Constante Módulo de Constante Espesor Peso A Momento sección de cortante A Momento sección de cortante efectivo aproximado Area de inercia efectiva rodante Area de inercia efectiva rodante para 2 2 4 3 3 (lb/pie 2 ) (pulg. /pie) (pulg. /pie) (pulg. /pie) (pulg. 2/pie) (pulg. /pie) (pulg:'lpie) (pulg. /pie) (pulg. 2/pie) cortante (pulg.) I
Espesor nominal (pulg.)
Paneles no lijados 5/16-U 3/8-U 15/32- y 1/2-U 19/32- y 5/8-U 23/32- y 3/4-U 7/8-U 1-U 1-118-U
1.0
1.1 1.5 1.8 2.2 2.6 3.0 3.3
0.356 0.371 0.535 0.707 0.739 0.776 1.088 1.118
1.619 2.226 2.719 3.464 4.219 4.388 5.200 6.654
0.022 0.041 0.074 0.154 0.236 0.346 0.529 0.751
0.126 0.195 0.279 0.437 0.549 0.690 0.922 1.164
2.567 3.107 4.157 5.685 6.148 6.948 8.512 9.061
1.188 1.438 2.175 2.742 2.813 3.510 5.661 5.542
0.002 0.003 0.012 0.045 0.064 0.131 0.270 0.408
0.029 0.043 0.116 0.240 0.299 0.457 0.781 0.999
6.037 7.307 2.408 3.072 3.540 4.722 6.435 7.833
0.342 0.365 0.373 0.537 0.545 0.709 0.717 0.741 0.748 0.778 1.091 1.121
1.280 1.280 1.680 1.947 1.947 3.018 3.112 3.735 3.848 3.952 5.215 5.593
0.012 0.026 0.038 0.067 0.078 0.116 0.131 0.183 0.202 0.288 0.479 0.623
0.083 0.133 0.'177 0:246 0.271 0.338 0.361 0.439 0.464 0.569 0.827 0.955
2.009 2.764 3.086 4.107 4.457 5.566 5.934 6.109 6.189 7.539 7.978 8.841
0.626 0.751 1.126 2.168 2.232 2.501 2.751 3.126 3.745 4.772 5.693 5.724
0.001 0.001 0.002 0.009 0.014 0.034 0.045 0.085 0.108 0.179 0.321 0.474
0.013 0.023 0.033 0.093 0.123 0.199 0.238 0.338 0.418 0.579 0.870 1.098
2.723 3.397 4.927 2.405 2.725 2.811 3.073 3.780 4.047 5.046 6.981 8.377
0.543 0.707 0.739
2.698 3.127 4.059
0.084 0.124 0.201
0.282 0.349 0.469
4.511 5.500 6.592
2.486 2.799 3.625
0.020 0.050 0.078
0.162 0.259 0.350
2.720 3.183 3.596
Paneles lijados 1/4-S 11/32-S
0.8 1.0
318-S
1.1
15/32-S 1/2-S 19/32-S
1.4 1.5 1.7 1.8 2.1 2.2 2.6 3.0 3.3
518-S 23/32-S
314-S 7/8-S 1-S 1-1/8-S
Paneles con lijado al tacto 1.5 1.8
1/2-T 19/32- & 518-T 23/32- & 314-T
2.2
De las especificaciones de Diseño de Triplay de la Asociación Americana de Triplay 1997.
/ 1
=claro centro a centro de apoyos, pulg.
2. Diseño por cortante: a. Para un claro simple
24F,(Ib!Q) 1'1',
/:? b. Para dos claros:
lV,
=
19.2F, (lb/ Q)
c. Par tres o más claros Awad S. Hanna
57
<,1 1mcyc Capítulo 3
20F, (lb/ Q) /2
en donde = carga uniforme por cortante, lb/pie
W5
F' s = Esfuer~o cortante permisible ajustado, lb/pulg2 lb/Q = constante de cortante, pulg2/pie /2
= claro libre, pulg. (claro centro a centro menos ancho del apoyo)
3. Diseño para satisfacer los requisitos de detlexión: a. deflexión por flexión i. Para claro simple: wl; 921.6El
----
/).
h -
ii Para dos claros: wl;
D.h
=-22-2-0E-l iii Para tres o más claros wl; 1743E/
/). = - h
en donde D. b = deflexión por flexión, pulg.
w =carga uniforme por flexión, lb/pie 2
E
módulo de elasticidad, lb/pulg2
=
1 = momento de inercia efectivo pulg. 4/pie /3
=claro libre+ SW (factor de ancho de apoyo)
SW = 0.25 pulg. para elemento nominal de 2 pulg., y = 0.625 pulg para elemento nominal de 4 pulg. b. Detlexión por cortante. La detlexión por cortante puede aproximarse para todas las condiciones de claro por la fórmula siguiente: wCt 2
t;
A. Ll
---
·'
1270E/
en donde D.
s
w
=
= detlexión por cortante, pulg. carga uniforme, lb/pie 2
C = constante, igual a 120 para paneles con fibra paralela a los soportes y 60 para paneles con fibra perpendicular a soportes. 58
Sistemas de Cimbras
'
1mcyc
Disc.:1io de.: cimhra para losas
Tabla 3. 14 Esfuerzos permisibles para tri play ( lb/pulg:")* ESFUEZOS PERMISIBLES PARA TRIPLA Y (lb/pulg2 ) en conformidad con los Estándares Voluntarios de Producto PS 1-95 para Triplay de Construcción e Industrial. Los esfuerzos se basan en duración normal de carga, y en aplicaciones comunes estructurales en donde los paneles son de 24 pulg. ó mayores de ancho. Para otras condiciones de uso. ver la Sección 3.3 para mod iticaciones. Nivel de grado de esfuerzo 1
Tipo de esfuerzo
S-2
S-3
cara~~~~~~~~~~~~~~~~~~~-
ESFUERZO EN FIBRA EXTREMA EN FLEXION
Húmedo
Seco
Húmedo
Seco
Seco solamente
1430
2000
1190
1650
1650
2. 3
980
1400
820
1200
1200
4
940
1330
780
1110
1110
970 730 610 610 155 120 110
1640 1200 1060 1000 190 140 130
900 680 580 580 155 120 110
1540 1100 990 950 190 140 130
1540 1100 990 950 160 120 115
Marino y estn1ct11rnl 1
63
75
63
75
Todos los otros
44
53
44
53
48
70.000 60.000 50.000
90.000 75.000 60.000
70.000 60.000 50.000
90.000 75.000 60.000
82.000 68.000 55.000
45.000 210 135 105 1.500.000 1.300.000 1.100.000 900.000
50.000 340 210 160 1.800.000 1.500.000 1.200.000 1.000.000
45.000 210 135
50.000 340 210
45.000 340 210
105 1.500.000 1.300.000 1.100.000 900,000
160 1.800.000 1.500.000 1.200.000 1.100.000
160 1.800.000 1.500.000 1,200.000 1.100.000
(F¡J
TENSION EN EL PLANO DE TRIPLA Y fF,) Fibra a -15° de la fibra de cara usar 116 F1
y F,
COMPRESION EN PLANO DE CAPAS Paralelo a perpendicular a la fibra de cara (A 45º a la fibra de cara usar 1/3 F,.) CORTANTE A TRAVES DEL GROSOR Paralelo o perpendicular a la fibra de cara (/\ 45'' a la libra de cara usar 2 F,)
S-1
Grupo de especies de capa de
¡
F,
]
3
< >
2.3 4
CORTANTE RODANTE (EN EL PLANO DE LAS CAPAS) Paralelo o perpendicular a la fibra de cara (A 45° de la fibm de cara usar 1-1/3 Fs) MODULO DE RIGIDEZ MODULO DE CORTANTE) Cortante en plano perpendicular a las capas (a través del espesor) (A 45º de la fibra de cara usar 4G)
2
(0
APLASTAMIENTO (EN CARA) Perpendicular al plano de capas
2 3 4
(j
3 4
F.1
MODULO DE ELASTICIDAD EN FLEXION EN EL PLANO DE LAS CAPAS E
2.3 4 1 2 3 4
Para fibra paralela o perpendicular al claro 111 Ver las páginas ( J 2 y 13) para Guía. Para calificar para nivel de esfuerzo S-1, las líneas de pegamento deben ser exteriores y los grados de chapa N.A. y C (natural. no reparadas) son permitidos en cara o reverso. Para niveles de esfuerzo S-2, las líneas de pegamento deben ser exteriores y la chapa grado B. C. Conectada y D son permitidas en la cara o reverso. El nivel de esfuerzo S-3 incluye todos los paneles con líneas de pegamento interiores o intermedias ( IMG) 2 < > Reducir los esfuerzos en 25% para paneles de 3 capas (4 ó 5 chapas) de más de 5/8 de pulg. de espesor. Tales acomodos son posibles bajo el PS 1-95 para FORRO CLASIFICADO APA. PISQ CLASIFICADO APA STURD-1. SlfBCAPA. grados conectado C-C y C-D de más de 5/8 de pulg. a 3/4 de pulg. de espesor. · .: . º'Esfuerzos de cortante-a-tra,·és-de-espesor para grados MARINO y EXTERIOR ESPECIAL pueden incrementarse en 33%. Ver la sección 3.8. I para las condiciones en que los esfuerzos para otros grados pueden ser incrementados. * Los esfuerzos están basados en duración normal de carga, y en aplicaciones estructurales comunes en donde los pandes son de 24 pulg. ó mayores en ancho. Tomado de las Especificaciones de Diseño de Triplay de la Asociación Americana de Triplay 1997.
Awad S. Harma
59
:'I
1mcyc Capítulo 3 .
t = espesor nominal de panel, pulg. E = módulo de elasticidad, lb/pulg2 l
=
momento de inercia efectivo, pulg4/pie
Para casos en que la deflexión por cortante es calculada separadamente y sumada a la deflexión por flexión para obtener la deflexión total, E para estas ecuaciones de deflexión por flexión debe ser incrementada en 1Opor ciento. En este caso la deflexión total será 11=11b+115
3.5 Diseño de cimbra para losas 3.5.1 Componentes de cimbra para losas Como se mencionó en los dos primeros capítulos, los elementos básicos para un cimbrado elevado de losa son forro, viguetas, largueros, puntales, cuñas y arrastres. Las viguetas y los largueros son diseñados como un sistema de vigas principales y secundarias, ya que las viguetas se apoyan en largueros. El diseño comienza generalmente por seleccionar primeramente una sección transversal de los elementos y después calcular el claro correspondiente. Un valor modular es generalmente seleccionado para el espaciamiento.
3.5.2 Cargas de diseño La cimbra debe ser diseñada para soportar adecuadamente todas las cargas aplicadas sin fallas o deflexión excesiva. El Comité ACI 347-94 es considerado la guía en el cálculo de cargas mínimas y máximas aplicadas al cimbrado. Lo que sigue es un resumen de los diferentes tipos de cargas y valores.
Cargas verticales La carga vertical consiste en la carga muerta y la carga viva. El peso del cimbrado más el peso del concreto recientemente colocado es la carga muerta. La carga viva incluye el peso de los trabajadores, el equipo, el material, el almacenaje, el impacto, etc. 1.
Peso propio de la cimbra. El peso propio de la cimbra es supuesto generalmente como 5 lb/pie 2 . El peso propio no puede ser determinado hasta que la cimbra es realmente diseñada. Después de elaborar el diseño, el supuesto de 5 lb/pie 2 necesita ser revisado. Si el valor supuesto está lejos del valor correcto, el diseño debe repetirse. Este proceso es continuado hasta que se llega a una diferencia razonable entre los dos valores. En la mayoría de los claros pequeños y medianos, el supuesto de 5 lb/pie 2 se ajusta bien.
2.
Peso del concreto. El peso del concreto ordinario se supone de 150 lb/pie 3• Por lo tanto la carga de la losa de concreto en un pie cuadrado de cubierta será: 150
XI
p=--=125 XI 12
en donde t es el espesor de la losa en pulgadas. 3.
Carga viva. El Instituto Americano del Concreto (ACI 347), especifica que los diferentes elementos que se utilizan para sostener cargas verticales deben diseñarse para una carga viva mínima de 50 lb/pie 2 en la proyección horizontal. Cuando vehículos motorizados están presentes, la carga viva mínima debe ser 75'lb/pie 2 •
La carga mínima de diseño para carga combinada muerta y viva debe ser 100 ó 125 lb/pie 2 si están presentes vehículos motorizados. 60
/
/
-
Sistemas.de Cimbras
f[) 1mcyc
Dise11o de cimbra para losas
Carga horizontal El contraventeo y los puntales deben ser diseñados para resistir todas las cargas horizontales posibles tales como sísmicas, de viento, de apoyos inclinados, arranque y frenado de equipo, y otras cargas similares.
3.6 Secuencia del diseño Los pasos en el diseño de cimbras para soportar losas de concreto incluyen lo siguiente: 1. Determinar la carga unitaria total en la cimbra, incluyendo el efecto de impacto, si lo hay. 2. Seleccionar el tipo de forro, junto con su espesor neto. 3. Determinar el espaciamiento seguro de viguetas, con base en la resistencia o detlexión permisible del forro. 4. Seleccionar las viguetas de piso, tomando en cuenta la carga, tipo, dimensión, y longitud de las viguetas. 5. Seleccionar el tipo, dimensión, y longitudes de los largueros si se requieren, para soportar las viguetas. 6. Seleccionar el tipo, dimensión, longitud, y espaciamiento seguro de los puntales, tomando en cuenta la carga, la resistencia de los largueros, y la capacidad segura de los puntales.
Generalmente el diseño más económico de cimbras resulta cuando las viguetas son espaciadas para el claro máximo seguro del forro. Igualmente, viguetas razonablemente grandes, que permiten claros largos, requiriendo así menos largueros. serán económicas en el costo de material y en el costo de mano de obra para erigir y retirar las cimbras. El uso de largueros razonablemente grandes permitirá espaciar mas los puntales, sujetándose a la capacidad segura de los puntales, requiriendo así menos puntales y reduciendo el costo de mano de obra de colocarlos y removerlos.
3.6.1
Dimensión, longitud, y espaciamiento de viguetas
La selección del tamaño. longitud, y espaciamiento de las viguetas involucra alguna de las siguientes condiciones: 1. Dada la carga total sobre el forro, el espaciamiento de las viguetas, y la dimensión y grado de las mismas, determinar el claro máximo para las viguetas. 2. Dada la carga total sobre el forro, la dimensión y grado de las viguetas, determinar el espaciamiento máximo de las viguetas. 3. Dada la carga total sobre el forro, y la dimensión y su claro, determinar el tamaño mínimo de las viguetas requeridas.
Para propósitos prácticos, el claro seleccionado es redondeado al valor entero inferior siguiente o valor modular.
3.6.2 Largueros y puntales El claro de viguetas seleccionado debe basarse en el espaciamiento de los largueros. Podemos seguir el mismo procedimiento que se usa para analizar viguetas. De nuevo, un entero o valor modular es seleccionado para espaciamiento de largueros. Awad S. Hanna
61
'
1mcyc Capitulo 3
Después de calcular el espaciamiento de largueros, el claro del larguero es revisado contra la capacidad del puntal. La carga en cada puntal es igual al espaciamiento de puntales multiplicado por la carga por unidad de longitud del larguero. El espaciamiento máximo de puntales será el menor de estos dos valores (con base en carga sobre \'iguetas o espaciamiento de puntales). Al calcular la carga de diseño de largueros, no consideramos el efecto de las viguetas en los largueros. En su lugar. como una buena aproximación, calculamos la carga transmitida directamente desde el forro a los largueros. Por lo tanto. es necesario revisar el aplastamiento en el punto en que las viguetas descansan sobre los largueros. finalmente. los puntales son diseñados como columnas (miembros en compresión). Al revisar la capacidad de los diferentes elementos de la cimbra, usamos las mismas ecuaciones que se usarán en el análisis del diseño de cimbra para muro. Estas ecuaciones se muestran en las Tablas 3.15 y 3.16. Tabla 3.15 Ecuaciones de diseño para diferentes condiciones de apoyo
Tipo
Un claro
Momento de flexión ( Pulg.- lb.)
}vf
= wt1 96
wl
V=24
Cortante (lb) Deflexión ( pulg.)
~ = 5w/.J 4608EI
Dos claros
w/'1
M= -
w/'1
96
M=120
5wl 96
V= wl
V= -
ñ=
Tres claros
wl.J 2220EI
20
w/4
L1=---
1740E/
Explicación: 1 = longitud del claro (pulg.) w = carga uniforme por pie (lb/pie) E = módulo de elasticidad (psi) 1 = momento de inercia (pulg:') Fuente: Reproducido de la edición 1998 de Construction Methods and Management by S. W. Nunnally, con el permiso del editor, Prentice Hall. Tabla 12-3, págs. 340-34 J.
E.JEMPLO Diseñar una cimbra para soportar una la losa plana de piso de 8 pulg. de espesor y concreto de densidad conYencional. El forro será de triplay que tiene las siguientes características: •
Tipo: APA 8-8 clase 1 plyform con grupo de especie de capa de cara = 2
•
Condiciones. secas
•
Espesor 1 118 pulg.
SOLUCION Cargas de diseño: •
62
Carga muerta
=
peso del concreto + peso del cimbrado.
=
8/12 pulg. de concreto x 150 + 5.0 (supuesto) Sistemas de Cimbras
-~,
1mcyc
Disc11o de cimbra para losas
Tabla 3.16 Ecuaciones* para momento de flexión, cortante, y flexión ..
Condiciones de apoyo Condidón 1.k disd'lo Un claro
Dos claros
Tres o más claros
=4.0d( F~b r
I
Fh:xión
Madera
I
1 = 9.s(F;.s)·'~
I
Triplay
=
9.8( F.~Sr
lV
/=9.8(F;r
w
I
=9.8( F,,~S r
=4.46d( F;b) •,
I = 10.95(
I
~tn
1 l
=10.95( F.:Sr
Cortante
I = 16 F,. A + 2d
Mad\.!ra
ll'
I = 5.51( E/6.)·l• w
Ddkxión
u=-'-
180
I Si !'!!.=-2-Hl Si
.~
= ----I
360
I= 1.n(Et)·'' ll'
I = 1.57( El)', 11'
I=
1.37( El)-" U'
I = 19.2 F,.lbl Q + 2d w
I
=ti86( E~~ r
± Reimpreso con permiso de Prentice Hall S = bd:/6, I
Awad S !huma
= bdJ /12
lV
I = 20 F.lb I
Q + 2d
lV
I
=ti46( E/11 r w
23{ ~:r
I
/=2l~E/r w
I
/=1.83( E/r w
I
I=
NotacMn: l = longitud de claro, centro a centro de soportes (pulg.) F,, = esfuerzo unitario pennisible en flexión (lb/pulg2) F,,Ks =capacidad de la sección de triplay en doblado (lb x pulg./pie) F.. = esfuerzo unitario pennisible en compresión paralela a la fibra (lb/pulg2) F.. = esfuerzo unitario pennisible en compresión perpendicular a la fibra (lb/pulg2) F,lb!Q = capacidad de la sección de triplay en cortante rodante (lb/pie) (,. = esfuerzo unitario pennisible en cortante horizontal (lb/pulg2) fe = csfuer¿o unitario real en compresión paralela a la fibra (lb/pulg2 ) (,.l. = esfuerzo unitario real en compresión pereendicular a la fibra (lb/pulg2) 1, = esfuerzo unitario real en tensión (lb/pulg·) A = área de sección (pulg~J * * E = módulo de elasticidad (lb/pulg2) I = momento de inercia (pulg")' P =fuerza aplicada (compresión o tensión) (lb) S = módulo de sección (pulg3) ** A = detlexión (pulg) b = ancho del miembro (pulg) d = peralte del miembro (pulg) w =carga uniforme por pie de claro (lb/pie)
** Para un miembro rectangular: A= bel,
I =· 13.3 F,.A + 2d
w
1=24F.,lb!Q+2d
!'ripia~
Si
I = 128F,.A + 2d
lV
=213( E/r ll'
=1.94( E/r ll'
=1.69( E/r ll'
/
.,
1mcyc Capítulo 3
105 lb/pie 2
=
= 75 lb/pie 2 (de acuerdo con ACI
•
Carga viga
•
Carga vertical total = 75 + 105 = 180 lb/pie 2
347).
Forro: •
Espesor
=
1- 1/8 pulg. paneles lijados
De las Tablas 3.12 a 3.14, obtenemos las siguientes propiedades:
•
Nivel de esfuerzo S-2 A
=
3.854 pulg. 2
(KS) = 0.820 pulg. 3/pie 1 = 0.548 pulg. 4 lb/Q
=
9.833 pulg. 2/pie
Fb = 1200 lb/pie 2
Fv E •
= =
1401b/pie2 1.2 x 10 6 lb/pie 2
Considerar una tira de 1 pie. soporta una carga de 180 x 1 = 180 lb/pie.
De la Tabla 3.15, usando 3 ó más claros:
Flexión: 120 F,, (KS) w,, = - - - - /~ =
180
= 120
X
1200 ¡2
X
0.82
1
obtener /1
=25.612 pulg.
Cortante: w =20F lb/Q .\ ,. /'1
= J 80 = 20
X
140 /2
X
9.833 ~ f, = 153.736 pulg -
Deflexión: wl:
~=--
1740E/
/J <-
360
64
Sistemas de Cimbras
o
1mcyc Disei'lo de cimbra para losa
1 _._l
360
=
r
180 x 1743
X
1.2
X
~
3
6
10
X
/
0.548
Rige la flexión. Claro permisible . = 2 pies.
=
3
=26.055
pulg
25.612 pulg. lo que es redondeado a 24 pulg. (2 pies). Por lo que el espaciamiento de viguetas
Viguetas: De las Tablas 3.6 a 3.8, podemos obtener los siguientes valores para Redwood (estructural-selecta): •
F0 = 1350 lb/pulg 2
•
Fv
•
FcJ.
•
E
•
Factor de temperatura C,
•
Factor de duración de carga Cd
•
Factor de esfuerzo cortante CH
80 lb/pulg2
=
650 lb/pulg 2
=
1.4 x 10 6 lb/pulg2
=
=
1.0 1.25
= =
2.0 (sin empalme)
Elegir Redwood de 2 x 6 que tiene las características siguientes: 1
2
•
A = 8.25 pulg
•
S = 7.563 pulg 3
•
1
=
20.8 pulg4
•
d
=
5.5 pulg
•
Cr= 1.20
Carga/pie de vigueta
180 X 2
= 360 lb/pie
flexión: F,:
= Fh (C
I
)(C, )(C" )
= 1350 X J.3
X
1.0
X
J.25
= 2193.75
lb/ pie
De la Tabla 3.16
I= 10.95 ( F;: S )" =-10.95f 219 3. 75
l
X
360
7 563 · )
1
2
=74.337
pulg
= 6.195
pie
Cortante Awad S. Hanna
65
'·
~'
1mcyc Capitulo 3
F;.' = F;. (CH )(C, )(Cn ) = 80 x 2 x 1.0 x 1.25
= 200
lb/pulg2
I= 13.f': A)+Í x d
= J3.5
X
200 X 8.25 +2 . 360
5.5
X
= 72875
pulg .
Deflexión: E'= 1.4 x 1O" lb/pulg2 I 360
Ll<-
/=1.6,
~t
=1.69
l. 4
X
(
IO6 X 20·8 360
J
113
= 73.089 pulo b
Rige el cortante. Claro de viguetas
= 72.875 pulg. _ 6 pies (OK)
Largueros: Carga en un larguero
= 180 x 6 = 1,080 lb/pie
Usar 2 x 8 (dos largueros) •
b = 1.5 pulg.
•
d
•
1 = 47.63 pulg
•
A
=
•
S
= 13.14 pulg:;
•
E = 1.4
•
Cr
= 7.25 pulg
=
4
10.87 pulg 2
X
10 6 lb/pulg:2
1.2
Flexión:
F,:
= 1350
1=10.95 x
x 1.2 x LO x 1.25 = 2025 psi
J'2º25-~~;~;¡-·x 2
= 76.865 pulg.
Cortante: / = 13.3
X(
F,':
A) + 2x d
_ 13.3 x 200 x (10.87 x 2 1080 66
~2/argueros)
_ 1 + 2 x 75 . pu 1g. - 68045 . pu g.
Sistemas del '1111bras
i;I
1mcyc Disd'lo di: cimbra para losas
Nótese que no multiplicamos el segundo término por 2 debido a que de acuerdo con las especificaciones NDS, el rnrtante es revisado a d/2 desde la cara del soporte.
_l ) ( ~< 360
Deflexión:
I
= 1.69 X (1.4 X 10
3
6
47.63 1082 X
X
2)·' = 84.157 pulg.
Rige el cortante. Claro máximo < 68.045 pulg. (5.67 pies). Tomar el espaciamiento de largueros = 5.5 pies. Revisar el Aplastamiento (vigueta sobre larguero):
La fuerza transmitida desde la vigueta al larguero es igual a la carga de la vigueta/ pie multiplicada por el claro de la vigueta. fuerza = 6 x 360 = 2160 lb. El área a través de la cual esta fuerza es transmitida = 1.5 x 3 = 4.5 pulg. 2 El esfuerzo de aplastamiento = 2160/4.5 = 480 lb/pulg. 2 De la Tabla 6.a, obtenemos las siguientes propiedades: •
Fc.L = 650 lb/pulg2
•
Factor de área de contacto
•
Factor de temperatura = 1.0
=
1.25 (b = 1.5 pulg.)
F'c.!. = Fe- (Cb)(Ct) 650 x 1.25 = 812.5 lb/pulg2, puesto que 480 < 812.5 ~no hay aplastamiento. Resistencia del puntal: Espaciamiento requerido de puntales = (claro de larguero) Resistencia de puntal = claro de larguero x carga de larguero
= 5.5 X 1080 = 5940 Jb De manera que usamos puntales cuya resistencia es mayor de 6000 lb.
:\\\mi S. l limna
67
()
1mcyc
4 Sistemas de cimbra horizontal: sistemas instalados con grúa 4.1 Sistema de cimbra voladora 71 4.2 5istemas de apuntalamiento montados en columnas 77 4.3 Sistema de cimbra túnel 81
Awad S. Hanna
69
':Íll ,:_.
1mcyc Sistemas de cimbra horizontal
Los sistemas de cimbra instalados con grúa son construidos y ensamblados generalmente como una unidad grande que puede ser movida horizontal o verticalmente de piso a piso por medio de grúas. Como resultado, se reqllieren servicios adecuados de grúa para operar estos sistemas. Este capítulo presenta los siguientes sistemas de cimbra instalados con grúa: cimbras voladoras, sistema de apuntalamiento montado en columnas, y cimbras túnel. Estos sistemas se caracterizan por su alto costo inicial y su rápido ciclo de piso.
4.1 Sistema de cimbra voladora La cimbra voladora es un sistema de cimbrado relativamente nuevo que fue desarrollado para reducir los costos de mano de obra asociados con la instalación y desmantelamiento del cimbrado. El nombre "cimbra voladora" se utiliza debido a que las cimbras son elevadas de piso a piso por medio de grúa. Los sistemas de cimbra volante se utilizan mejor para edificios muy altos y de muchos pisos como hoteles y edificios de departamentos, en donde se necesitan muchos re-usos.
4.1.1 Componentes de la cimbra voladora La cimbra voladora existe en diferentes formas que se acomodan a las necesidades particulares de un proyecto. Los siguientes componentes se encuentran en la mayoría de las cimbras voladoras existentes en Norteamérica y Europa. La Figura 4.1 muestra un modelo de los componentes de un sistema de armadura volante.
Figura 4. 1 Componentes de una cimbra voladora. Awad S. Hanna
71
------------------------------------
Capitulo 4
Paneles para forro Las cimbras volantes generalmente consisten en grandes paneles que se hacen normalmente de tri play. El tri play con dimensiones estándar de 4 x 8 pies (1.22 x 2.44 m) permite menos juntas y produce una alta calidad de concreto. El espesor del triplay que se utiliza es función del diseño. La Figura 4.2 muestra un sistema de cimbra voladora con un panel de forro en la parte superior.
Figura 4.2 Cimbra voladora con un panel de forro en la parte superior.
Viguetas de aluminio "clavables" Los paneles del forro son soportados por viguetas de aluminio "tipo clavable" (Figura 2.6). Cada vigueta es una viga estándar "Y" con un patín superior ancho que permite la inserción de una pieza clavable de madera para proveer una superficie más ancha de clavado para los paneles de forro. Otros tipos de viguetas existentes son diseñados simétricamente con patines superiores e inferiores anchos que reciben tiras clavables en cada lado de la vigueta. Elementos clavables de aluminio también se muestran en la parte superior del sistema de cimbra voladora de la Figura 4.1.
Armaduras de aluminio Los paneles de forro y las viguetas son soportados por armaduras de aluminio. Las armaduras de aluminio y las viguetas siempre se utilizan debido a su peso ligero. Sin embargo, armaduras y viguetas de acero se utilizan para claros mayores y para cargas más pesadas. Las armaduras de aluminio son unidas en pares a nivel de piso para darles estabilidad lateral en la dirección perpendicular a las armaduras (Figura 4.3).
Patas de extensión telescópicas Las patas de extensión telescópicas de ajuste vertical son una parte integral de las armaduras; se usan para sostener a las armaduras de aluminio y para transferir la carga verticalmente al terreno o a pisos inferiores que ya han sido colados. Las patas de extensión telescópicas se fabrican de secciones de acero hueco circulares o cuad72
Sistemas de Cimbras
·.1 1mcyc
Sistemas de cimbra horizontal
Figura 4.3 Armaduras de aluminio unidas en pares.
radas contra venteadas por riostras de acero tubular (Figura 4.4 ). Estas patas pueden ajustarse hacia arriba y hacia abajo para alcanzar el nivel exacto de la cimbra. Las patas de extensión generalmente se apoyan en tablones de madera que distribuyen las cargas a un área mayor y también evitan que las patas de extensión se resbalen, especialmente en la temporada de invierno. Para el descimbrado, después que el concreto ha ganado suficiente resistencia, el sistema puede ser despegado de la losa bajando los gatos. Las cimbras montadas en armaduras son entonces movidas por grúa desde una posición de colado a la siguiente.
Figura 4.4 Patas de extensión telescópicas. Awad S. Harma
73
1mcyc Capítulo 4
4.1.2 Ciclo de la cimbra voladora La cimbra voladora es ensamblada ya sea en la obra, o pre-ensamblada en·un terreno, y entregado en la obra. El ciclo ae cimbra voladora puede comenzar desde el primer nivel, si existen losas de piso. El ciclo de cimbra voladora es descrito a continuación. Sin embargo, algunos detalles técnicos menores son diferentes de un contratista a otro. La Figura 4.5 muestra los cuatro pasos del ciclo de cimbra voladora.
Volando a una nueva posición Las mesas voladoras son colocadas por grúa en una posición nueva en la crujia entre cuatro o más columnas adyacentes o muros (paso 1, Figura 4.5). La mesa volante es entonces descendida y colocada en soportes provisiónales (paso 2, Figura 4.5). Las patas ajustables son después extendidas para colocar las mesas en los niveles deseados (paso 3, Figura 4.5). Se colocan rellenos en las columnas para tapar el espacio entre columnas y mesas voladoras. También, acero de refuerzo, componentes eléctricos y mecánicos, y otros servicios son instalados. Entonces el concreto es colado para las losas y partes de las columnas.
Triplay
7. Cimbra aterriza sobre apoyos horizontales
6. Vuelo al siguiente nivel
5. Rodado de cimbra fuera de edificio. Cimbra de cubierta 4. Después de que el concreto ha sido curado, descenso a rodillos
de cimbra
3. Instalada a nivel. Gatos instalados. Concreto colado
Cables de equilibrio
2. En su lugar sobre apoyos móviles l. Volando al siguiente nivel [
Losa de concreto
0
Figura 4.5 Ciclo de la cimbra voladora.
74
Sistt:mas de Cimbras
I
1mcyc Sistemas de cimhra horizontal
Descenso y descimbrado Después que el concreto obtiene resistencia suficiente, comienza el proceso de desprendido de las mesas voladoras. El desprendido de la cimbra voladora es realizado descendiep.do las armaduras de aluminio y la cubierta (paso 4. Figura 4.5). El descenso de las armaduras de aluminio puede llevarse a cabo por medio de varios gatos hidráulicos. Los gatos hidráulicos son colocados y acomodados bajo la cuerda inferior de las armaduras de aluminio para sostener la mesa en su lugar mientras las patas de extensión son encogidas. Los gatos hidráulicos son usados entonces para descender la mesa voladora sobre sus rodillos.
Rodado Las mesas voladoras descendidas son colocadas en rodillos que van sobre la losa directamente bajo la armadura. Algunos rodillos tienen patines con forma de cilindro para facilitar el acomodo de la cuerda inferior de la armadura. Otros rodillos se hacen en forma de silla que se ajusta a la cuerda inferior de la armadura. La mesas voladora es entonces inclinada y rolada cuidadosamente por cuatro trabajadore? (paso 5, Figura 4 .5).
Volando a una nueva posición La mesa es transportada por la grúa, que es sujetada a cuatro puntos de izaje predetermina. Para evitar cualquier balanceo de la mesa voladora, un cable de seguridad es normalmente sujetado entre la cuerda inferior de la armadura de aluminio y la columna del concreto. La mesa es entonces elevada a su nueva posición y el ciclo se repite (pasos 6 y 7. Figura 4.5). Debe hacerse notar que ocasionalmente sólo las armaduras son llevadas de piso a piso y la mesa es ensamblada en cada piso o en varios pisos. Esto es debido a las limitaciones del sitio o debido a que las dimensi~~1es de crujía y ubicación son diferentes de piso a piso. La Figura 4.6 muestra armaduras transportadas por grúa sin las hojas de forro.
Figura 4.6
Awad S. 1-lanna
Armaduras de aluminio siendo transportadas al nivel siguiente.
75
'
1mcyc Capítulo 4
El tiempo total del ciclo para las secuencias descritas es de aproximadamente 20 a 30 minutos, dependiendo de las condiciones de trabajo.
4.1.3 Uso y beneficios de la cimbra voladora La cimbra voladora ha probado ser un sistema eficiente para realizar un ciclo más corto de construcción de fabricado inicial, erección, descimbrado, y re-erección. Otros beneficios visibles de la cimbra voladora son los siguientes: l.
El montaje del cimbrado volante normalmente es efectuado en el terreno, lo que da mayor productividad. El desprendimiento del cimbrado volante como una unidad imegral reduce los costos de descimbrado en aproximadamente el 50 por ciento del sistema de descimbrado a mano. El sistema de descimbrado a mano se lleva a cabo retirando pequeñas partes, lo que resulta en costos mayores de mano de obra.
2.
Las cargas son transmitidas por patas de extensión telescópicas ubicadas bajo las armaduras de aluminio, dando así suficiente espacio de trabajo bajo la cimbra para permitir la realización de otras actividades de construcción. En el sistema tradicional de cimbrado, varias filas de puntales son necesarias para dar soporte a la losa. Estos puntales obstruyen completamente durante varios días cualquier actividad de construcción bajo las losas recientemente coladas.
J.
Los costos de la cimbra voladora son menores que los de sistemas de cimbrado convencional horizontal cuando se dispone de 1Oó más re-usos. El alto costo inicial de ensamblado es compensado por el alto número de re-usos.
4.
Las armaduras y las viguetas de aluminio ligeras penniten que grúas de construcción de capacidad media transporten las mesas voladoras. Igualmente, las viguetas de aluminio ligeras, pueden ser colocadas en armaduras de aluminio por un solo trabajador.
5.
Se puede lograr un ciclo de piso más corto con el uso del sistema de cimbra voladora. Un ciclo de construcción de cinco d_ías puede lograrse para un edificio mediano de l 00,000 pie2 (9290 m2). La reducción del ciclo de piso puede reducir el tiempo total de construcción, logrando substanciales ahorros en los costos indirectos y financieros.
6.
Una mesa voladora de gran tamaño resulta en un número menor de juntas de cimbra, lo que produce un concreto liso de alta calidad.
7.
La erección y descimbrado de la cimbra volante como una gran unidad reduce la frecuencia del trabajo de izamiento para la grúa: esto permite a la grúa dedicar tiempo a otros trabajos de construcción.
8.
Moldes o casetones de fibra de vidrio o de acero usados para cimbrar losas reticulares pueden colocarse en las mesas voladoras y formar una pa11e integral de ellas. Estas pueden ser erigidas y desprendidas como una sola unidad.
4.1.4 Limitaciones de la cimbra voladora 1.
En condiciones climáticas con vientos, los paneles grandes de cimbra voladora son difíciles de manejar. En condiciones de sitios remotos, la posibilidad de vientos fuertes puede ser un factor de importancia para hacer más lenta la operación de izaje.
2.
La cimbra voladora no debe usarse para losa plana con capiteles o abacos alrededor de columnas. Las técnicas tradicionales de cimbrado deben utilizarse en este caso.
3.
El edificio debe tener una fachada abierta o libre a través de la cual puedan pasarse las mesas voladoras. Sin embargo métodos innovadores de construcción han desarrollado mesas volantes colapsables que pueden pasar a través de aberturas restringidas en la fachada del edificio.
4.1:5 Factores modulares y de diseño para seleccionar cimbra voladora Hay muchos factores que influyen en la selección del sistema de cimbra voladora para un edificio de concreto. Algunos de estos factores están relacionados con la economía, las condiciones del sitio, así como consideraciones arquitectónicas y estructurales. La siguiente sección se enfocará a algunas de las consideraciones dimen76
Sistemas de Cimbras
'
1mcyc
Sistemas de cimbra horizontal
sionales para seleccionar la cimbra voladora. Los arquitectos y los ingenieros de diseño deben estar al tanto de estas consideraciones para poder reducir los costos de la construcción. 1.
Existen mesas voladoras modulares estándar para ser compradas o rentadas por los contratistas. Las mesas voladoras varían en ancho de 15 a 30 pies (4.6 a 9.1 m), siendo el ancho más económico 22 pies (6.7 m). Las armaduras de aluminio estándar varían en altura de 4 a 6 pies ( 1.22 a 1.83 m). La altura total con las patas de extensión puede alcanzar 20 pies (6.1 Om). Como resultado, la cimbra voladora está limitada a alturas de piso de 20 pies (6.1 Om) como máximo. Debe también hacerse notar que las mesas voladoras pequeñas no son económicas. Las mesas voladoras grandes pueden alcanzar una longitud de hasta 120 pies (36.6 m) y un ancho de hasta 50 pies ( 15.2 m). Para grandes claros, se pueden atornillar dos mesas voladoras. Para una dimensión ancha de crujía, se necesitan tres armaduras de aluminio para sostener mesas más anchas. Sin embargo, dos armaduras son suficientes para mesas de hasta 30 pies (9.1 m). Las mesas voladoras más largas de 120 pies (36.6 m) son difíciles de manejar con grúas de capacidad media.
2.
La dimensión y ubicación de la columna perpendicular a la mesa volante (o sea el ancho de la crujía) debe ser la misma de piso a piso, para evitar el cambio de dimensión del cimbrado agregando paneles de relleno. Debe notarse que un sistema de cimbra voladora no es una alternativa económica si los paneles de relleno entre mesas voladoras exceden el 20 por ciento del área total cimbrada. El costo de mano de obra y el tiempo dedicado a agregar paneles de relleno abatirá los ahorros realizados al usar una cimbra voladora.
3.
Las dimensiones de las trabes y su ubicación deben ser las mismas de piso a piso en una trama modular de construcción. Igualmente, el espesor de trabes de borde debe ser el mínimo y deben evitarse las trabes que crucen.
4.2 Sistemas de apuntalamiento montado en columnas El sistema de apuntalamiento montado en columnas es el término que se usa para paneles de cimbra soportados por un sistema de gato ajustable que sube y baja, adosado a los muros de carga o columnas ya colados. En contraste con los sistemas tradicionales, esta cimbra para losas es sostenido por varios niveles de puntales y reapuntalamientos o por el terreno. En edificios de concreto de muchos pisos, el método convencional de construcción es el de armar la cimbra y colocar el concreto para las columnas, descimbrar las columnas de concreto después de 12 a 24 horas. La erección de la cimbra y la colocación del concreto para losas sigue después que las cimbras de columnas han sido retiradas. Aunque las columnas recientemente coladas tienen suficiente resistencia para sostener las cargas de losa, tienen un papel limitado en sostener a las losas de concreto recientemente coladas. La losa de concreto recientemente colada es soportada generalmente por varios niveles de puntales y re-puntales. Esos niveles de puntales retrasan u obstruyen el progreso de cualesquiera otras actividades de construcción bajo esas losas de concreto. Como resultado, los sistemas de apuntalamiento montado en columnas fueron desarrollados, para emplear a las columnas de concreto en sostener al cimbrado de las losas de concreto y así eliminar cualquier necesidad de apuntalar y re-apuntalamiento finalmente puede retrasar el programa total de construcción.
4.2.1 Componentes de los sistemas de apuntalamiento montado en columnas El sistema consiste en dos co!_11ponentes principales, un panel de cubierta y un sistema de gato montado en muro o columna. El panel de cubierta consiste en un forro de tri play sostenido por un sistema de viguetas de madera, y un larguero de alma abierta tipo clavable que permite la inserción de una sección de madera de 2 x 4 pulg. (50.8 x 1O1.6 mm) en el alma abierta. Un sistema de armadura sostiene tanto a las viguetas como· a·los largueros. Para claros menores. una sección de acero puede usarse en lugar del sistema de armadura. El sistema de armadura es sostenido por vigas pesadas 1 de acero que corren en todos los lados del panel de cubierta. La viga 1 se apoya en A wad S. Hanna
77
'
1mcyc Capitulo 4
Cubierta de tri play Relleno de tri play
H
Relleno de tripla\'
HH
Larguero
Relleno de Viguetas clavables tri¡)la\'
H.
Gato de ménsula
.. ·'
Figura 4.7 Componentes de sistemas de apuntalamiento montado en columna. (Cortesía de Formwork Exchange Ltd.')
los gatos montados en columna. sujetados con pernos en las columnas de concreto o en los muros de carga. La Figura 4. 7 muestra un corte vertical del sistema de apuntalamiento montado en columna. El segundo componente del sistema de apuntalamiento montado en columna es el sistema de gato de ménsula. La función del sistema de gato es la de soportar el panel de cubierta. El peso del concreto recientemente colocado y la carga muerta del panel de cubierta son transferidos desde la cubierta a través del sistema de gato a la columna de concreto o muro; de manera que no se requieren puntales para sostener al panel de cubierta. El sistema de gato de abrazadera tiene tres características principales: 1.
Un rodillo doble de acero en la parte superior del gato de ménsula en donde descansan las vigas 1 de cubierta, permitiendo al panel de cubierta del cimbrado deslizarse hacia adentro y afuera con mínimo esfuerzo. La unidad de rodillo de acero puede ser ajustada y extendida horizontalmente hasta aproximadamente 1O pulg. (254 mm) usando un tornill_p de ajuste.
2.
Un tornillo ajustable para sujetar el gato de ménsula y consecuentemente, el panel de cubierta verticalmente. El máximo desplazamiento del tornillo es 36 pulg. ( 914.4 mm) y el desplazamiento estándar del tornillo es 18 pulg. (457.2 mm). Hay dos propósitos para el ajuste vertical del sistema de gato (a) ajustar el panel de cubierta en su posición vertical exacta sin necesidad de remover el sistema de ménsula, y (b) descender el panel de cubierta separándola de la losa durante el descimbrado.
3.
Una placa de acero en contacto con la columna de concreto o muro, y es sujetada a la columna o al muro por medio de dos o cuatro pernos de 1 pulg. (25.4 mm).
La Figura 4.8 muestra los componentes principales del sistema de gato de abrazadera: Debe tomarse en cuenta que el gato de abrazadera pesa aproximadamente de 40 a 50 libras ( 18 a 23 kg) y puede ser manejado por un trabajador durante su instalación y retiro.
4.2.2 Ciclo-del sistema de apuntalamiento montado en columna Los sistemas de apuntalamiento montado en columna son ensamblados ya sea en el lugar de la obra o preensarnblados en un patio de maniobras local o regional y entregado al lugar de la obra. Los paneles de cubierta son volados de piso a piso por una grúa de manera similar al sistema de armadura volante. Generalmente, el ciclo del sistema de apuntalamiento montado en columna comienza en la planta baja, sea que exista o no losa de piso. El ciclo del sistema de apuntalamiento montado en columna, es descrito a continuación. Sin embargo, algunos detalles técnicos menores son diferentes de un fabricante a otro. 78
Sisti;:mas de Cimbras
,, 1mcyc Sistemas dt: cimbra horizontal
Q)
o
....... "'O c._ Q) "'O
E e Q) 2 .......
-
O
F
X
a>
J
Figura 4.8 Componentes del sistema de gato de abrazadera. (Cortesía de Formwork Exchange Ltd.)
1.
Ensamble del panel de cubierta. El panel de cubierta puede ser ensamblado en el terreno del sitio de la obra o pre-ensamblado en la fábrica. El ensamble del panel de cubierta en el sitio de la obra comienza atornillando las armaduras al patin de la viga l. La primera armadura es primero atornillada con pernos a un extremo de la viga 1, después el centro de la armadura y finalmente la arma,dura en el otro extremo de la viga l. Otras armaduras son después colocadas y atornilladas a intervalos regulares. En seguida viguetas de madera son colocadas y sujetadas a las armaduras. El ensamble del panel de cubierta en la fábrica es realizado sujetando las armaduras solamente a una viga 1 por medio de un perno, de manera que las armaduras perpendiculares puedan ser dobladas para su embarque. En el sitio de la obra, las armaduras son desdobladas y colocadas perpendicularmente a la viga 1, y la otra viga 1 es colocada y sujetada a las armaduras. Los tornillos restantes son entonces ajustados y apretados.
2.
Posicionamiento del panel de cubierta. El posicionamiento comienza marcando la altura del panel de cubierta en la cara de la columna o el muro. El panel de cubierta es entonces levantado por grúa y colocado en el sistema de gato de ménsula. El panel de cubierta es descendido y ajustado a la altura previamente marcada y después apoyada en el sisterna de gato de ménsula. Los ganchos de la grúa y cables de seguridad son entonces retirados. Después de que la cubierta es apoyada en el sistema de gato, comienza la instalación de rellenos. Los rellenos son necesarios para llenar los huecos cerca de las columnas de concreto. Igualmente, en casos en que las dimensiones de la columna de concreto son reducidas-en elevaciones superiores, se necesitan
Awad S. Hanna
79
'
1mcyc
Capítulo 4
rellenos más grandes para compensar este cambio en dimensiones de columna. En caso de que las columnas de concreto no estén alineadas, una placa base es insertada entre el sistema de gato de ménsula y la columna o muro de concreto. '
Descimbrado del panel de cubierta. Después que el concreto ha sido colado y ha obtenido suficiente resistencia para sostener su propin peso y cualesquiera cargas adicionales, los paneles de cubierta son despegados de la losa. El proceso de descimbrado comi1.·111a por descender los gatos aproximadamente 6 pulg. ( 152.4 mm) usando los tornillos ajustables. El panel de cubierta L'lHnpkro es así rolado con el uso de un polipasto hasta que la ubicación del primer par de ganchos de grúa esté fuera de la línea del edilicio (expuestos). Los aditamentos y cables de la grúa son así enganchados y el pane.1 de cubierta continúa secándose hasta ql:1.· aparece el segundo par de ganchos de grúa. Los aditamentos y cables de la grúa son enganchados al segundo par de ganchos y el panel de cubierta es así llevado por la grúa al siguiente piso.
E)1 cstruc~uras
horizontales, los paneles de cubierta pueden ser rolados de una posición a la otra sobre los rodillos en la parte superior del sistema de gato de ménsula.
4.2.3 Ventajas, uso, y limitaciones de los sistemas de apuntalamiento montado en columna. 1.
Sistemas Independientes de la Altura. El sistema puede cimbrar losas a grandes alturas ( 15 pies (4.57 m) y más. Los sistemas tradicionales de cimbra están limitados a alturas de piso entre 1Oy 12 pies (3 .05 y 3 .66 m). Edificios con alturas de piso mayores de 12 pies (3.66 m) requieren varios empalmes para los puntales; esto ~etrasa la erección de la cimbra. Además. los trabajadores de construcción están en riesgo ya que están cimbrando losas a gran altura. Los sistemas de apuntalamiento montado en columnas pueden colocarse a mayor altura sin necesidad de postes verticales. El hecho de que el sistema sea independiente de la altura es de imp011ancia especial en los primeros pisos, en donde la altura del piso puede alcanzar 25 a 30 pies (7.6 a 9.1 m). Debido a que el sistema no requiere apuntalamiento o re-apuntalamiento, otras actividades de construcción pueden continuar simultú11eame11te con la construcción de losas de concreto. En la construcción convencional, los puntales que sostienen la primera losa son generalmente sostenidos por arrastres que descansan en el terreno. Frecuentemente, las condiciones del tl.'m:no son inclinadas. ásperas. y/o irregulares, causando la concentración de cargas en los arrastres que podrían causar una t~tlla. También en las estaciones de otoño y primavera, las temperaturas del día y de la noche varían sustancialmente. Las temperaturas de la noche causan condiciones de congelamiento del terreno, mientras que las altas temperaturas del día, además del exceso de agua de las actividades de construcción, hacen al terreno congelado lodoso, originando un asentamiento importante de los arrastres. Esto puede causar un problema serio de seguridad. Debe tenerse en cuenta que los arrastres y lo las losas de piso no son requeridos cuando se utilizan los sistemas de apuntalamiento montado en columna.
'
Tabla 4.1
El costo del sistema es competitivo con los sistemas tradicionales si se pueden realizar 8 a 1O re-usos. El sistema requiere una menor cantidad de personal. La Tabla 4.1 muestra las necesidades de mano de obra para sistemas tradicionales y sistemas de apuntalamiento montado en columnas. El sistema además. puede ser ensamblado en la obra a nivel del terreno, esto incre· menta la productividad de la mano de obra. Debe notarse que. en una obra de dimensión promedio, un grupo de cuatro trabajadures puede descimbrar, volar. y recolocar en aproximadamente 20 minutos.
Necesidades de mano de obra para sistemas r.le cimbra tradicional y el sistema de apuntalamiento montado en columnas.
Cimbrado tradicional 1 sobrestante 4 carpinteros para losas + 2 carpinteros para apuntalamiento trabajador Puede necesitarse un operador de grúa
4.
Xíl
Apuntalamiento montado en columna 1 sobrestante 3 carpinteros 4 trabajadores 1 operador de grúa
El siste1m: req11iere gran inversión de capital (costo inicial). Sin embargo, si se pueden realizar suficientes re-usos. el costo final por pie cuadrado o metro cuadrado de área de contacto es competitivo con los sistemas de cimbra tradicional Sistemas tk Cimbras
'
:.1
1mcyc Sis11:111as di: 1:11nbra horizontal
5.
El sistema requiere servicio adecuado de grúa en términos de capacidad suficiente de traslado a radios máximo y mínimo, espacio adecuado alrededor del edificio que se está construyendo, y la no existencia de líneas de energía o cualesquiera otras obstrucciones que podrían limitar el movimiento de la grúa y el balanceo del cable. Las dimensiones estándar del pánel de cubierta son 20 pies (6.1 m) de ancho por 40 pies (12.2 m) de largo y pesa aproximadamente de 10 a 25 lb/pie 2 (48.8 y 122.1 kgim\ El peso total del panel promedio es entre 10,000 y 12,000 lb (4540 y 5440 kg), lo que se encuentra dentro de la capacidad de la mayoría de las grúas de construcción. Paneles mayores pueden alcanzar 30 pies (9.1 m) de ancho, 75 pies (22.9 m) de largo. y 25 lb/pie2 ( 122.1 kg m::!) en peso, por lo que requieren grúas especiales para su manejo.
6.
El panel de cubierta tiene un número indefinido de re-usos si el forro de triplay es de alta calidad, y el panel es manejado con cuidado.
7.
Las conexiones eléctricas y de plomería pueden instalarse en el terreno sobre los paneles de cubierta. Esto da por resultado mejoría en la productividad debido a que no hay necesidad de usar andamios o de realizar trabajo en grandes alturas.
4.2.4 Factores modular y de diseño que influyen en la selección de los sistemas de apuntalamiento montado en columna Un criterio importante cuando se usa un sistema de cimbra modular, es la maximización del número de re-usos. Como resultado. la modificación de los paneles de cubierta debe conservarse en el mínimo. Las modificaciones a los paneles de cubierta son causados por cambios en el diseño del edificio de piso a piso. Las siguientes son algunas limitaciones modulares que deben tomarse en cuenta para lograr un beneficio máximo del sistema de apuntalamiento montado en columna. 1.
El tamafio óptimo de una cubierta para sistemas de apuntalamiento montado en columna es 16 a 20 pies (4.9 a 6.1 m) de ancho Y. 30 a 40 pies (9.1 a 12.2 m) de longitud. Las dimensiones máximas no deben exceder 30 pies (9.1 m) en ancho y 70 pies (21.3 m) en longitud. Si la longitud de la crujía es mayor de 70 pies (21.3 m), se pueden atornillar dos paneles de cubierta.
1
Las dimensiones de la crujía no deben variar de piso a piso, de manera a evitar modificación de las cimbras. En edificios de gran altura en donde los cambios en las dimensiones de la crujía son inevitables. los anchos de la crujía deben permanecer constantes en por lo menos 6 a 8 pisos.
3.
Las columnas y/o muros deben estar alineados para evitar el agregado de insertos de relleno. La adición de insertos de relleno reduce la capacidad de soporte y aumenta el tiempo de instalación y retiro del sistema de gato de abrazadera.
4.
Las trabes peraltadas y vigas transversales entre columnas intermedias deben evitarse. Las trabes deben ser de 14 pulg. (355.6 mm) de peralte para uso económico de este sistema. Trabes de mayor peralte requieren apuntalamiento extra lo que incrementa el costo del sistema y retarda el avance de mover cimbras de piso a piso. También, en el caso de losas planas, los capiteles alrededor de la columna deben evitarse.
4.3 Sistema de cimbra túnel El uso de cimbras túnel en Norteamérica es un proceso relativamente nuevo, pero ya se ha visto en varias ciudades en Europa en los últimos años. La creciente popularidad de las cimbras túnel puede atribuirse a la alta productividad que resulta de construir edificios que tienen cuartos de concreto repetidos usando cimbras túnel. Con muros y losas colados monolíticamente, las cimbras separadas vertical y horizontal no son necesarias. Un sistema de cimbra túnel es un método ideal para construir edificios con elementos repetidos o habitaciones. Las cimbras de túnel pueden aplicarse tanto a edificios altos como bajos que requieren un diseño repetido de cuartos. La cimbra túnel ha sido usada en los Estados Unidos para construir hoteles de turismo, condominios, departamentos. casas de retir~. edificios de oficinas. hospitales, casas de campo, y reclusorios. Una vez usadas en un proyecto en particular. pueden ser re-usadas para una recuperación continµa de la inversión. .\\\ad S l l:11111a
81
i'I
1mcyc Capillllo4
4.3.1 Descripción del sistema Las cimbras de túnel básicamente son de dos formas diferentes: túnel completo y medio túnel. Los sistemas de túnel completo son cimbras todo de acero, y usados para cuartos que son de forma relativamente cuadrada. El medio túnel es un sistema de cimbra en forma de L todo en acero que es instalado por grúa, después otra cimbra de medio túnel se coloca separadamente adyacente a la mitad previa (Figura 4.9).Las dos mitades se conectan para formar una cimbra de túnel de forma de U invertida. El sistema de medio túnel permite mayor flexibilidad en dimensiones de cuarto por la simple adición o reemplazo de paneles centrales de relleno. Los medios túneles son más simples, más ligeros, y más rápidos de utilizar que los túneles completos. El sistema de cimbrado de túnel consiste en: 1.
Panel de cubierta. El forro grueso de acero usado para cimbrar el techo y piso de cada módulo
2.
Panel de muro. También hecho de forro grueso de acero, usado para cimbrar los muros entre dos módulos adyacentes.
Block precolado de concreto
Cimbra túnel
Figura 4.9 Sistema de cimbra túnel. (Cortesía de Symons Corp.)
3.
Separadores. Paneles más rígidos de cubierta y de muro para minimizar ladeflexión debida a la presión lateral del concreto.
4.
Ensamble de puntales diagonales. Usadas para proporcionar soporte adicional para la losa de piso y conservar muros y pisos perpendiculares.
5.
Tensor con cuña. El tensor de muro entre cimbras de dos túneles adyacentes conserva las cimbras en su lugar mientras el concreto está siendo colado.
6.
Ensamble del gato de ruedas. Permite a los trabajadores mover las cimbras de túnel en distancias cortas, y también permite que las grúas saquen una cimbra colapsada después que el concreto se ha curado.
4.3.2 Ciclo típico de trabajo Las cimbras de túnel permiten una erección rápida de un esqueleto de edificio. Cada día puede cimbrarse un nuevo cuarto por túnel para cada cimbra disponible de túnel. Los siguientes pasos demuestran la secuencia de actividades que cubren el ciclo de vida comenzando desde el nivel de terreno. 82
Sistemas de Cimbras
Sistemas de cimbra horizontal
Losa y muro de inicio La construcción usualmente comienza con el colado de la losa de piso en la configuración deseada del cuarto. En la losa de piso se incluye un muro de iniciación de aproximadamente 3 a 6 pulg. (76.2 a 152.4 mm) de alto, proporcionando precisión dimensional cuando se fija el ancho de las cimbras (Figura 4.1 O).
Primer ciclo Una vez que la losa y el muro de inició han obtenido suficiente resistencia, la colocación del acero de refuerzo y las cimbras túnel pueden proceder.
~
Muro de inicio Losa de inicio
Figura 4.1 O Losa y muro de inicio.
Colocación del acero de refuerzo El acero de refuerzo puede ser colocado antes o después de que se coloquen las cimbras túnel. Cuando se coloca antes de las cimbras, el acero de refuerzo para los muros es erigido primero, seguido de la colocación de la cimbra de túnel, y finalmente el refuerzo de losa. El segundo método utiliza secciones pre-ensambladas de acero de refuerzo para los muros y losas. Una vez que las cimbras están colocadas, las secciones pre-ensambladas son descendidas a su lugar. Huecos para puertas e instalaciones mecánicas y equipo eléctrico, pueden ser instalados en este momento.
Colocación de la cimbra La colocación de las cimbras túnel sobre la losa se hace por medio de grúa. Una vez encima de la losa, las cimbras son roladas hasta su lugar y sujetadas fuertemente contra el muro de inició. Gatos hidráulicos adosados a la cimbra se utilizan para levantar las cimbras a su altura requerida, generalmente 2 a 4 pulg. (50.8a1O1.6 mm) por encima de la losa. Una vez que éstas están en su lugar, un bloque de concreto precolado-es colocado entre las partes superiores de las cimbras de muro para proporcionar el espesor adecuado del muro, establecer el espesor de la losa y sostener las cimbras para el siguiente muro de inició. Tensores de cimbras son adosados en este momento junto con los hue' cosen la losa para conexiones de plomería, duetos de aire acond~cionado, y otros servicios del edificio (Figura4.1 O)
A\\ad S. Harma
83
,:, 1mcyc Capítulo 4
Colado del concreto Cuando las cimbras y tensores están en su lugar, y han sido inspeccionadas y aprobadas, el concreto puede ser vaciado y vibrado. Los cuartos pueden ser cubiertos con lonas, permitiendo a los calefactores acelerar el proceso de curado. Cuando se utiliza concreto de alta resistencia temprana, el proceso de curado generalmente toma una noche.
Descimbrado Una vez que el concreto ha obtenido suficiente resistencia, las lonas y calefactores son retirados, permitiendo la realización del descimbrado. Los gatos hidrá4licos que se usaron inicialmente para levantar las cimbras a su altura correcta son invertidos, jalando las cimbras por abajo de la losa de concreto. Igualmente adosada a las cimbras de túnel hay un sistema de puntales diagonales que permite el desprendimiento fácil de las cimbras de los muros y cubierta con un simple movimiento (ver la Figura 4.11 ). Las cimbras pueden ahora ser roladas y separadas de los muros y transportadas por grúa para ser limpiadas y aceitadas en prepan~ción para la siguiente ubicación.
Cimbra túnel ~de cuarto transportada por grúa a la siguiente ubicación
Figura 4.11 Elevación de la cimbra túnel.
Segundo ciclo Cuando se ha completado el primer ciclo, las cimbras son transportadas por grúa de nuevo y llevadas ya sea al siguiente nivel o a un cuarto adyacente al que se ha completado. Un ciclo típico de dos días se muestra en la Figura 4.12. En el primer día, dos cuartos han sido colados mientras que el tercer cuarto ha terminado en una junta de construcción. Si el tercer cuarto es del mismo tamaño y dimensiones, una cimbra de túnel de espera es generalmente utilizada. En el segundo día, el colado es comenzado en la junta de construcción en el tercer cuarto. El cuarto también es colado, mientras que el quinto cuarto se encuentra en donde se ubica ahora la junta de construcción. Cuando se ha completado un piso, el ciclo es repetido para el siguiente nivel comenzando arriba del primer cuarto a ser colado. Este tipo de ciclo utiliza una tercera cimbra de túnel que está siempre esperando para recibir el colado. Otro tipo de ciclo de cimbra usa un muro túnel de "muro final" después del segundo cuarto. Este sistema también proporciona la ubicación para la junta de construcción, pero es utilizado cuando un corredor o un cuarto de 84
Sistemas de Cimbras
,,
1mcyc Sistemas di: cimbra horizontal
espernn
Día 2
2
Figura 4.12 Ciclo típico de dos días.
diferentes dimensiones ha de ser cimbrado a continuación. Como se ve en la Figura 4.13, un muro final ha sido usado para terminar el colado del primer día y proporciona una junta de construcción en la ubicación necesaria. En un proyecto típico de cimbra túnel se pueden requerir de 1Oa20 trabajadores para completar el ciclo de trabajo. El tamaño del proyecto generalmente determina el número de trabajadores. Generalmente se pueden completar cinco a seis cuartos cada día, empleando 1O a 20 trabajadores, con cinco a seis cimbras de túnel y una grúa.
4.3.3 Ventajas de la cimbra túnel
Día 2
2
Figura 4.13 Ciclo típico de dos días con un muro final.
Aunque es relativamente nuevo, el sistema de cimbra túnel está aumentando su popularidad debido a sus grandes ventajas.
Awad S. Hanna
85
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1mcyc Capítulo 4
Costo El costo inicial de uh sistema de cimbra puede ser frustrante cuando uno controla el costo del proceso del cimbrado. El costo inicial para_comprar un conjunto de cinco o seis cimbras túnel es de aproximadamente del medio millón a un millón de dólares. Aunque esto puede ser mucho mayor que el costo de cimbras convencionales, la construcción de cimbra todo de acero permite que el número de re-usos sea de 500 a 1000. Esto permite al contratista re-usar las cimbras en proyectos similares, reduciendo así los costos por cada uso-de las cimbras. Una vez que las cimbras comienzan a desgastarse y deteriorarse, la rehabilitación de los moldes puede lograrse a un costo aproximadamente de $100,000. Esto incrementa la vida y número de re-usos de las· cimbras.
Tiempo de construcción El sistema de cimbra túnel utiliza un método acelerado de curado del concreto. Generalmente, calefactores de control automático son colocados dentro de la cimbra de túnel para acelerar el proceso de curado del concreto. Después de 14 horas, el concreto alcanza una resistencia de compresión suficiente para que pueda ser retirada la cimbra. Otros factores atribuidos a la disminución del tiempo de construcción incluyen: • El uso de placas de forro de metal proporciona un acabado liso, eliminando así el apuntalamiento y el acabado de los muros y losas de concreto. • Los pisos y muros son colados monolíticamente, reduciendo por lo tanto el tiempo y costo así como la necesidad de dos sistemas de cimbra separados. • Ciclo rápido de aprendizaje: Una vez que los trabajadores se familiarizan con el ciclo, el tiempo para cada ciclo será reducido.
Mano de obra Un importante beneficio del sistema de cimbra túnel es que un supervisor experimentado puede convertir rápidamente la mano de obra relativamente inexperta en operadores experimentados de túnel. Esto permite emplear a trabajadores menos costosos para otras actividades de construcción lo que reduce grandemente el costo sin sacrificar la calidad. Esto puede ser especialmente benéfico en regiones de mano de obra de alto costo. También, como el transporte de cimbra es operado por grúa, los requisitos de personal son minimizados. Puesto que las cimbras túnel son prefabricadas, la necesidad de ensamblar y desensamblar las cimbras entre colados es eliminada. El desprendimiento de las cimbras se realiza por gatos hidráulicos, reduciendo así el número de trabajadores necesarios para esta tarea. Los ciclos repetitivos permiten a los trabajadores familiarizarse con el sistema después de 3 ó 4 ciclos, incrementando así la productividad al avanzar la obra.
Flexibilidad El sistema de cimbra túnel tiene muchas características que lo hacen flexible en el sitio de construcción. • Las cimbras pueden ser diseñadas para diferentes dimensiones de cuartos. Para usar cimbra estándar de túnel, el muro debe ser por lo menos 7.5 pies (2.29 m) de alto y no debe ser más alto de 1O pies (3.04 m). • Las cimbras pre-ensambladas no requieren área de preparación. • Las cimbras todo de acero con menos juntas y tensores, proporcionan un excelente acabado de concreto con poca detlexión. • ·Las cimbras túnel pueden ser re-usadas de 500 a 1000 veces. 86
Sistemas de Cimbras
1mcyc Sistemas tk cimbra horizontal
• Las ventanas y puertas pueden ser fácilmente movidas de piso a piso. Sin embargo, para lograr productividad máxima, las dimensiones de aberturas y su ubicación deben ser las mismas de piso a piso.
Calidad Debido a que las cimbras túnel son pre-ensambladas en planta, se elimina la incertidumbre que a menudo acompaña al equipo fabricado en la obra. En el lugar de fabricación generalmente se aplica un programa de control d~ calidad para protegerse de imperfecciones o defectos en la mano de obra y en los materiales. También, debido a que la cimbra túnel es hecha de acero, la calidad de la superficie del concreto resultante es superior y puede no necesitar un acabado adicional.
Seguridad Las cimbras túnel tienen varias de características de seguridad. • Puesto que son pre-ensambladas en formas industrializada, el sistema puede tener una resistencia predecible y aseguramiento de calidad. • Las cimbras no son desmanteladas entre colados, y por lo tanto permanecen iguales a como se usaron primeramente. • Se proveen barandales de protección en los bordes de las losas. • La supervisión de las operaciones de grúa proporcionan seguridad en el área inferior. • Los trabajadores que colocan o desprenden las cimbras por debajo están seguros debido al sistema de cimbra túnel rígido y todo de acero.
4.3.4 Consideración modular para la cimbra túnel Antes de que comience el ciclo de trabajo, el diseñador de la cimbra debe seleccionar el tamaño apropiado y el tipo de la cimbra de túnel. Las dimensiones totales de cualquier cimbra túnel pueden ser modificadas agregando simplemente secciones ajustables (rellenos). Para incrementar la altura, se agregan secciones ajustables a la sección inferior de los muros, permitiendo que la altura varíe de 7.5 a 1Opies (2.29 a 3.04 m). El claro de la cimbra de túnel también puede variar agregando una sección ajustable en el centro de la cubierta y permitiendo al claro variar de 13 a 24 pies (3.96 a 7.32 m). En cuanto a la longitud, la dimensión estándar es 8 pies (2.44 m), pero los túneles pueden ser acoplados para lograr longitudes variables. La mayor parte de la reducción en los costos de construcción y en la dúración pueden atribuirse a la estandarización de los módulos de construcción. El diseño comienza seleccionando un tamaño de crujía que ser4 repetido una y otra vez. Debido a que el diseño determinará si el método de cimbra túnel puede utilizarse, el proceso de construcción debe ser analizado cuidadosamente, organizado, y coordinado de principio a fin. Esto asegurará que la construcción pueda proceder con un mínimo de mano de obra, y en la más corta duración. La consistencia y la simplicidad son los caminos más fáciles con los que un diseñador puede reducir substancialmente los costos de construcción. El mantener dimensiones constantes para los diferentes elementos estructurales unifica el proyecto y permite que los sistemas de cimbra túnel sean adaptados. El arreglo repetido de cuartos asegura que los trabajadores incrementen la productividad co.n base en su aprendizaje. Awad S. l lanna
87
'
1mcyc Capituhi-1
4.3.5 Limitaciones El uso de cimbra túúel está limitado por requisitos específicos de diseño. Durante la fase del diseño de un proyecto. el tipo de cimbra ~debe ser determinado. Sin una temprana consideración y planeación de un disei1o estándar repetido. los beneficios económicos de la cimbra túnel no pueden lograrse. Hay también limitaciones adicionales que deben ser consideradas.
88
•
Alto costo inicial de preparación
•
Requiere tiempo largo de grúa
•
Requiere alto grado de supervisión de ingeniería
•
Toma a los trabajadores un par de ciclos para familiarizarse con el sistema
•
Se utiliza principalmente en edificios con cuartos repetitivos
•
Cuartos grandes y diferentes formas pueden ser difíciles
•
El sitio debe ser accesible ya que las cimbras son grandes
•
Para que los costos iniciales sean redituables, debe haber por lo menos 100 cuartos
•
Se puede usar solamente en cuartos con construcción de losa plana.
Sistemas de Cimbras
'
1mcyc
5 Criterios de selección para un sistema de cimbra horizontal
5.1 Factores que influyen en la selección de cimbra horizontal 91 5 .2 Eligiendo el sistema adecuado de cimbra usando tablas 97
.-\"ad \ l lanna
'
1mcyc Criterios d<.: sclci.:1.:ión para cimbra horizontal
Este capítulo proporciona un resumen de los factores que influyen en la selección adecuada de un sistema de cimbra horizontal. Este capítulo también presenta un análisis tabular comparativo del uso y limitaciones de cada uno de los sistemas de cimbra descritos en los Capítulos 3 y 4. Un ejemplo de problema de selección de cimbra también se presenta para explicar cómo pueden usarse estas tablas para seleccionar correctamente el sistema óp-timo de cimbra para la obra. \
5.1 Factores que influyen en la selección de cimbra horizontal El seleccionar el sistema de cimbra para losas de concreto reforzado coladas en sitio es una decisión crítica que puede afectar los costos. la seguridad, la calidad, y la rapidez de la construcción. Muchos factores put:den ser considerados para la selección adecuada del sistema de cimbra. Entre estos se encuentran: 1. · Factores relacionados con el diseño arquitectónico y estructural del edificio, que incluyen el tipo de losa, la forma del cdi licio y su tamaño. Factores relacionados con las especificaciones del proyecto y el programa de trabajo que incluye el ritmo de la construcción. 3.
Factores relacionados con las condiciones locales, que incluyen las prácticas locales. las condiciones del clima, y las caracterís ticas del sitio.
4.
Factores relacionados con las organizaciones de apoyo, que incluyen el capital disponible, el equipo de izado. el apoyo casaoficina, y Ja disponibilidad de facilidades de campo local o regional.
Un diagrama de todos los factores que influyen en la selección de los sistemas de cimbra se presenta en _l_a Figura 5.1. Las secciones siguientes definen brevemente la terminología y explican cómo estos factores in1luyen · en la selección del sistema de cimbra horizontal.
5.1.1 Diseño del edificio: tipo de losa El costo de la construcción de losas a menudo es más de la mitad del costo de los sistemas de marcos estructurales. con excepción de edificios extremadamente altos. Por lo tanto, la selección del sistema de cimbra de una losa merece considerable atención para minimizar los costos. La selección de un sistema de cimbra debe hacerse con base en el sistema de piso seleccionado que satisfaga las condiciones estructurales de carga. Las losas de piso en edificios de concreto se clasifican en dos tipos básicos. de acuerdo con la distribución de la carga aplicada en la losa:
""ªd S. llanna
'·
91
'
1mcyc Capitulo:'
Placa lana de dos sentidos Losa lana de dos sentidos
Diseño del edificio
Sistema resistente a cargas laterales (altura del edificio)
Sistema de marco rígido Muros de c011anh: Muro de c011ante y marco Marcos en tubo Tubo-en-tubo
Forma del edificio
lrre ular Uniforme Concreto colado con acabado común
Acabados del
Acabado de concreto expuesto Acabado arquitectónico de concreto Ciclo de liso Ritmo de colocación Secuencia de construcción Calidad de mano de obra
Prácticas en el área
Costo ele mano ele obra Clima caliente
Condiciones locales
Condiciones del clima
Clima frio
Caracte1ísticas del sitio
anizaciones de apoyo Apoyo de oficina central Sin instalaciones
Instalaciones decampo
Instalaciones locales de campo Instalaciones re •ionales de campo
Figura 5.1 Factores que influyen en la selección de un sistema de cimbra.
1.
Losa en dos sentidos, en la que la relación de rectangularidad (longitud/ancho de la losa) es entre 1 y 2, y la carga de la losa es transferida a las trabes de apoyo en dos direcciones. La construcción en dos sentidos incluye la placa plana, la losa plana, la losa reticular, y las losas en dos direcciones apoyadas en capiteles.
2.
Losa en un sentido, en la que la relación de rectangularidad (longitud/ancho de losa) es mayor de 2, y la carga de la losa es transferida a las trabes de apoyo en una dirección. La construcción en un sentido incluye generalmente losas sólidas sobre trabes o muros, losas nervadas de un sentido apoyadas sobre trabes o muros de carga.
Sistemas de Cimbras
'
1mcyc Criterios de sdccción para cimbra horizontal
A. Placa plana
B. Losa plana
C. Losa reticular
D. Losa de dos sentidos apoyada en trabes
Figura 5.2 Losas de dos sentidos.
Placa plana en dos direcciones Un sistema de piso estructural de placa plana consiste en una losa de concreto de espesor constante en toda su superficie. sin trabes o capiteles en las columnas (ver la Figura 5.2a). Tales losas pueden estar en voladizo en el exterior del edificio para permitir el uso de balcones. Las columnas de apoyo para placas planas generalmente están igualmente espaciadas para facilitar el diseño y la construcción de tales losas. Este sistema es económico para claros de hasta 23 pies (7.0 m) con refuerzo moderado. Las placas planas pueden construirse en tiempo mínimo debido a que utilizan la cimbra más simple posible. Las placas planas han sido usadas exitosamente en edificios de muchos pisos para moteles. hoteles. hospitales y edificios de departamentos.
Losa plana de dos sen ti dos Un sistema estructural de losa plana consiste en una losa de concreto de espesor con·stante con capiteles refuerzo en las ubicaciones de columnas (ver la Figura 5.2b ). En años pasados. los capiteles de columna se utilizaban junto con abacos, pero debido al mayor costo del cimbrado, los capiteles de columna son menos favorecidos en la práctica actual de construcción. Las losas planas se utilizan para resistir cargas más pesadas y con claros más largos que las placas planas. En general, el sistema es más adecuado para paneles .éuadrados o casi cuadrados. t\ wad S. Hanna
93
'
1mcyc Capítulo:'
Losa reticular 1.a construcción de una losa reticular se muestra en la Figura 5.2c. Consiste en filas de nervaduras de concreto en
úngulo recto con paneles sólidos en las columnas. Las losas reticulares pueden usarse para claros de hasta 50 pies ( l 5.2m). y se utilizan para obtener un plafón atractivo.
Losa en dos sentidos apoyada en trabes Este sistema consiste en una losa sólida diseñada para extenderse en dos direcciones, ya sea hacia las trabes de cmic.reto o hacia muros (ver la Fig. 5.2d). La ventaja principal del sistema es la de ahorrar acero de refuerzo y sección de la losa como resultado de ser capaz de aprovechar la acción en dos sentidos. El cimbrado para el sistema en dos direcciones es complicado y generalmente sobrepasa las ventajas de costo asociadas con el ahorro de acero de refuerzo y espesor de la losa.
Losa en un sentido, trabe, y vigueta Este sistema consiste en una losa sólida. que se apoya en trabes de concreto que están espaciadas uniformemente. l .as trabes. a su vez. se apoyan en viguetas en ángulos rectos a la trabe para transferir las cargas a las columnas (ver la Figura 5.3a ). Este sistema proporciona generalmente la oportunidad de cubrir claros más largos que el sistema de dos sentidos~ diseñando trabes y viguetas más peraltadas.
Losa de un sentido apoyada en trabes o en muros de carga htc sistema es una modificación de la losa, del inciso anterior. Elimina las trabes secundarias (Ver la Fig. 5.3b ). U acero de refuerzo es relativamente simple, y la existencia de huecos no es en general una preocupación crítica.
Losa en un sentido con nervaduras Las losas nervadas de un sentido son una combinación monolítica de viguetas uniformemente espaciadas o ner,·aduras. y una losa delgada colada en la obra para formár una unidad integral. Cuando las viguetas son paralelas, se le denomina construcción de viguetas de un sentido. (Ver la Figura 5.3c). Las viguetas son agradables en el aspeL·to arquitectónico y para los sistemas de apoyo mecánico.
5.1.2 Forma del edificio Edificios especiales. tales como edificios industriales y plantas de energía, tienen generalmente numerosos requisitos eléctricos y mecánicos que no se adaptan a ningún sistema sofisticado de cimbra. Como resultado, el cimbrado debe construirse utilizando el método tradicional de cimbra. Algunos de los factores que capacitan al contratista para decidir si usa un sistema de cimbrado sofisticado o un método tradicional de cimbra son: l.
Variación de la ubicación de columnas y muros Variación del peralte de la trabe y su localización
3.
Variación de la altura de entrepiso
4.
Existencia de obstrucciones ?huecos para ventanas y puertas Sistt:mas tk Cimbrits
J
'
1mcyc Criti:rios di: si:li:cciún para cimbra horizontal
A. Losa de un sentido, trabe y vigueta
B. Losa de un sentido, apoyada en trabes o en muros
C. Losa de un sentido nervada Figura 5.3 Losas de un sentido.
5.
Numerosos requisitos del sistema de aire acondicionado
5.1.3 Especificaciones de la obra Rapidez de la construcción La ventaja más importante de usar un sistema de cimbra es la rapidez en la construcción. La rapidez de la construcción influye en los costos porque determina el tiempo en que el edificio estará disponible para su uso y también disminuye los costos financieros. El factor más importante que determina la velocidad de la construcción es el tiempo de ciclo por piso. En años recientes, se ha logrado colar dos pisos por semana en edificios de gran altura, especialmente en áreas metropolitanas. Este ciclo rápido de piso solo puede lograrse usando técnicas sofisticadas de cimbra tales como cimbra volante y cimbra túnel, con las que se puede cimbrar un piso cada dos días.
A\\'ad S. Hanna
95
'
1mcyc l'apitulo5
5.1.4 Condiciones locales La naturaleza de la obra. incluyendo las condiciones locales. es uno de los factores principales en la selección de cimbra. Algunos de los fact9res que deben tomarse en cuenta se exponen a continuación.
Mano de obra local En zonas geográficas en donde la mano de obra es costosa y no calificada. el uso de "sistemas" de cimbra. puede reducir substancialmente los costos. En áreas en donde la mano de obra es económica y calificada. un sistema de cimbra convencional es una alternativa económica aún si las características del edificio son compatibles con un sistema sofisticado de cimbra. Como resultado, algunas zonas geográficas utilizan sistemas pre-ensamblados de cimbra debido a la falta de mano de obra calificada y económica.
Características del sitio El sitio de la obra por si mismo puede influir en la selección de un sistema adecuado de cimbra. debido a las limitaciones del sitio y a la accesibilidad para las operaciones de construcción. La factibilidad de utilizar cimbras volantes por ejemplo, es influida por las características del sitio, que incluyen: l.
Accesibilidad al sitio.
...,
Disponibilidad de una área para fabricación
3.
Restricciones del área circundante tal co.mo límites de propiedad. edificios adyace.ntes. líneas de energía y calles muy tran sitadas. En sitios suburbanos abiertos y sin restricciones. todos los sistemas de cimbra son prácticos y deben evaluarse algu nas otras consideraciones para determinar el sistema más eficiente y más efectivo económicamente. En sitios de centros ur banos restringidos, el único sistema posible puede ser el de cimbras agrupadas que pueden sertrasladados de piso a piso.
5.1.5 Organización de apoyo La mayoría de los sistemas de cimbra con colocación con grúa (como el de cimbra volante. sistema de apuntalamiento montado en columnas. y el de túnel). requieren una alta inversión inicial e intensivo uso de grúa. Los principales requerimientos de recursos que deben ser evaluados cuidadosamente para decidir sobre un sistem.a de cimbra se analizan a continuación.
Capital disponible (costos) El costo de la cimbra para concreto es influido por tres factores: l.
Costo inicial o costo de fabricación. que incluye el costo de transporte. materiales. ensamble y erección. Re-uso potencial. lo que disminuye el costo total final por pie cuadrado (o por metro cuadrado) del área de contacto. Los da tos de la tabla 5.1 indican que la economía máxima puede lograrse maximizando el número de re-usos.
3.
Costo de descimbrado. que también incluye el costo de limpieza y reparación. Esta partida tiende a permanecer constante para cada re-uso hasta cierto punto, en el cual el costo total de reparación y limpieza comienza a incrementar rápidamente.
Al decidir utilizar un sistema específico de cimbrado. el costo inicial debe evaluarse versus el capital disponible asignado al costo de cimbra. Algunos sistemas de cimbra tienden a tener un alto costo iniciaL pero a través del re-uso repetido. resultan económicos. Por ejemplo, las cimbras voladora tienen un alto costo inicial, pero el reuso promedio potencial (generalmente de más de 100), reduce el costo final por pie cuadrado (o por metro Sish:mas di! Cimbras
,,
1mcyc ( ·n11.:n11:-. tk st:k((1t.111
para rimbra hnrizontal
Tabla 5.1 Efecto del re-uso en el costo de cimbra de concreto basado en un uso igual a 1.00
Número de usos lJno Dos Tres Cuatro
Cinco Seis Siete l>d10
Nue\'C
Dil'Z
Costo por pie cuadrado de área de contacto 1.00 0.62 0.5 0.44 0.4 0.37 036 0.35 0.33 0.32
Costo por metro cuadrado de área de contacto 10.76 6.67 5.38 4.74 4.31 3.98 3.88 3.77 3.55 3.44
cuadrado) de área de contacto de esta alternativa. En el caso de sistemas de cimbra rentados, el período de tiempo en el que la cimbra está en uso tiene un gran efecto en el costo de la cimbra.
Equipo de izamiento (grúas) Algunos sistemas de cimbra requieren técnicas especiales de manejo, que pueden incluir un buen servicio de grúas. El sistema de armadura volante es un buen ejemplo del efecto de la grúa en el sistema elegido. El tamaño de los módulos puede limitarse por la capacidad de carga de la grúa y sus rangos de levantamiento máximo y mínimo.
Instalaciones de espacio para maniobras La factibilidad de usar cimbras prefabricadas tales como la cimbra voladora es afectada grandemente por la disponibilidad de un patio local o central (regional) de maniobras. Cuando se dispone de un patio local o central, los elementos estándar de cimbra pueden ser manufacturados y ensamblados en condiciones eficientes de trabajo. Sin embargo. el costo del transporte de las secciones de la cimbra al sitio pueden influir en la economía del sistema seleccionado.
5.2 Elección del sistema adecuado de cimbra utilizando tablas La Tabla 5.2 muestra la relación entre los factores que influyen en la selección de los sistemas de cimbra y los distintos sistemas de cimbra disponibles para colado de concreto horizontal y vertical. El usuario debe primero hacer una lista de todos los principales componentes conocidos de su proyecto y después compararlos con las características indicadas en la tabla bajo cada sistema de cimbra. El mejor sistema de cimbra puede entonces ser identificado cuando las características del proyecto concuerdan con la mayoría de las características de un sistema en particular. El siguiente ejemplo muestra cómo puede usarse la Tabla ~.. 2 para identificar el mejor sistema de cimbra para colado de concreto horizontal.
:\\\ad S.! huma
;{;I 1mcyc Capítulo5
Tabla 5.2 Factores que influyen en la selección de sistemas de cimbra horizontal.
·~
Sistema convencional de madera
Sistema convencional de metal
Sistema de armadura voladora
a
~
,g u "d
Tipo de losa
o
c. f.:;
Todos los sistemas de losa Más adecuados para losa de dos sentidos apoyada en trabes o losa de un sentido, trabe, vigueta
..
Compatibilidad Compatible con todos los sistema resistentes a con el sistema de carga lateral ~ : apoyo de carga -~ .! lateral
"g i ci::
Cimbra tímcl
Sistema de apuntalamiento montado en columna
Dos sentidos: placa plana y losa plana Un sentido: losa apoyada en trabes o muros y losa nervada (estándar o nervadura-salteada)
Losa de un sentido apoyada en muros Espesor menor ele 12 pulg (30cm)
Generalmente no adecuado para marco en tubo enmarcado y tubo-en-tubo debido a la corta distancia entre columnas que caracteriza a los sistemas de tubo
Muro de carg:1
Horizontal uniformidad/ irregularidad
Puede manejar variaciones en tamaño y ubicación de trabe Puede manejar variaciones en forma, tamaño y ubicación de voladizo Evitar trabes cruzadas
Las trabes deben ser del mismo tamaño y ubicación o dentro del 20'Y,, de diferencia de piso a piso El voladizo debe ser del mismo tmn:1ño y ubicación o dentro del 20% de diferencia ele piso :1 piso
Vertical uniformidad/ regularidad
Puede manejar variaciones de tamaño y ubicación de columna/muro Puede manejar variaciones en altura de entrepiso dentro de un piso o de piso a piso
Columna/muro deben ser del mismo rnmaño y ubicación o dentro del 20% de diferencia de piso a piso Puede manejar variación limitada (20%) en la altura del entrepiso
Los muros deben ser del mismo tamaño y ubicación, y altura de piso a piso
No adecuado para pisos altos
Limitado por el peralte de la armadura [hasta 20
Sistema de :1ltura limitada [entre 7.5 y 10 pies (2.28 a 3 m))
o "ü «.::
Las trabes deben ser del mismo tamaño y ubicación Los balcones en vol:1dizo deben ser del mismo t:unafio y ubicación
~ u
ü "d o •C
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¡:¡ o
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«.:: ~ u
ü
..
Pisos altos [mayores de 14 pies (4.25 m))
"'O
eo
Más adecuado para pisos altos (alum. ligero.
El sistema puede manejar variaciones en tamaño de claro y ubicación Las pendientes y El sistema debe ser Pendientes y combas se pueden diseñado para combas acomodar pendientes y acomodar a costo combas adicional Aberturas
u.
"'
...e~
ü
HVAC
~
:E
Limitacione s de dimensión
Puede acomodar HVAC extensivo
No puede acomodar HVAC extensivo
Usado para edificios de tamaño pequeño [menos de 100,000 pie 2(9,250 m2))
Usado para edilficios de tamaño medio [entre 100,000 y 200,000 piel (9,250 y 8,500 m 2))
Sistema independiente de la altura
Puede manejar vmiación limitmla (20%) en t:11n:1ño y ubicación ele abcrtur:is Las pendientes y combas deben ser idéntic:1s de piso a piso
El HVAC debe ser mínimo e idéntico de piso a piso Usado para edificios de gran tamaño [más de 200,000 piel (18,500 m 1))
5.2.1 Proyecto de ejemplo Un edificio de concreto de 14 pisos hade ser ubicado en laAvenidaPennsylvaniaNo. 1601, Washington, D.C. 2
2
El tamaño del edificio es de aproximadamente 22.500 pie (2090 m ) por piso. Las losas de piso son losas planas de 8 pulg (203.2 mm) con capiteles en cada columna. Los tamaños de columna y las ubicaciones varían debido a la existencia de una entrante con altura de tres pisos, libre de columnas. Los peraltes de piso varían de 14.5 pulg. (368.3 mm) en los tres primeros pisos, a 10.5 pulg. (266. 7 mm) para los restantes once pisos. No hay balcones en voladizo, y la losa de piso no estará colada antes del inicio de las operaciones de cimbrado. El edificio estará ubicado en un área restringida del centro urbano.
98
Sistemas de Cimbras
-tj 1mcyc Crih.:rios de sekcción para cimbra horizontal
Tabla 5.2 Continuación l~ia de cimbrn
!Factor de
·o *8
Ciclo de piso (ní1111ero de pisos/día)
8
Ritmo d.: colocación
ce
.5o
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"'5
8
t.;:
·~ Q.
infl~
~
Sistema convencional de madera
Sistema convencional de metal
Píso típico cada 5 días de trabajo Un ciclo más rápído puede realizarse a costo adicional (número creciente de pisos a ser apuntalados y re-apuntalados)
., N
Secuencia d.: construcción
-e
·a. (}_
Prácticas de In zona
~
"'
Colado de columnas. después trabes y losas La los:1 de cimentnción no es necesario que esté colocada pero el costo puede reducirse si la losa de cimentación esta colocada
~
Acc.:so
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lJ.J
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Colado de columnas,
Colado de losas y muros simultáneamente, muro inicial de 3 pulg (7.5cm) es necesario
E;sr~~sJ~ª~;~Ji:~¿i3&1
no es necesario que esté colocada
Generalmente, trabajo en áreas de alto costo. y baja calidad de mano de obra
Requiere área minima de almacenaje y preparación
Área peq1!e1ia de . preparacron necesaria si el sistema es a base de paneles
El sitio debe tener úrea adecund:1 de almacennje y de preparación
El sistema es preensamblado Se requiere área mínima de almacenaje
Generalmente no es un factor para sistemas nnnndos a mano
El sitio de la obra debe ser accesible a v.randes unidades de cimbra ·ruede no ser un factor si las cimbras son ensamblndas en la obra
El sitio de la obra debe ser accesible para v.randes cimbras de acero pre-ensambladas
El costo promedio varín de $1 a $3 por pie cuadrado de área de contncto
El costo promedio varía de $1 O a $15 por pie cuadrado de área de contacto
El costo promedio varía de $20 a $50 por pie cuadrado de área de contacto
Mínimo deben estar disponibles de 12-15 re-usos
Mínimo deben estar disponibles de 50 reusos
Hasta 15 re-usos
Hasta 20 re-usos
Mínimo deben estar disponibles de 15-20 re-usos
Alto costo de descimbrado (aproximadamente un tercio del costo de preparaciones)
Bajo costo de descimbrado (aproxinrndamente la mitad de los sistemas montados 11 mano)
Bajo costo de descimbrado
Producti,·idad promedio de mano de obra
12 pie2 por área de contacto
18 pie2 por área de contacto
36 pie 2 por área de contacto
50 pie 2 por área de contacto
Disponibilidad de grira y tiempo d.: grira
Puede ser am1ado a mano l\-lenos costos si se dispone de grúa
Puede ser armado a mano La grúa es necesaria si se hace con paneles
Debe haber disponible equipo adecuado de izamiento
Tránsito adyacente en el edilicio y otras obstrncciones
Generalmente no es un factor
Generalmente no es un factor Puede ser un factor si el sistema es con paneles
Un factor impo11ante. debe haber espacio abie1to por lo menos 1.5 veces la longitud de un panel grande desde la fachada del edilicio
Costo de descimbrado
Capacidad adecuada de carga de la grúa ..\d1111111s1rac1011 de segundad
r.
Colado de columnas, ~~sp~~~sJ~abes y losas cimentación debe estar colocada para que la <;imbra.se use en el onmer mso
El trabajo es mejor en áreas de mano de obra de alta calidad y bajo costo
Slllll
Re-uso potencial
~'
Un píso cada 1 - ? días
1--~~~~-t-~~~~~~~~-'-~~~~~~~~-+-~~~~~~~~~~~~~~~~-+-~~~~~~~~~
Costo inicial de 1>n:1>arnciones
¡:;
Un piso cada 3 - 4 días
El trnbi1.io es mejor en iíreas de mano de obra de alta calidi1d y bajo costo, menos costos si
~
g.
Cimbra túnel
Ucnernlmente. no es un factor principal en tral.rnjo horizontal de concreto, ritmo promedio entre 25-30 ciclos/horas
c;:p ..t:c-nnna .. la. n ...-.,,.
..\n::1 disponible para almac.:naj.: v pr.:par ación
-::;
Sistema de apuntalamiento montado en columna
-e "'
W'.l
o >. o
Sistema de mmadura voladora
45 pie 2 por área de contacto
Generalmente no es un factor
La grúa debe tener capacidad de carga adecuada de transpo11ación en radios mínimo y máximo
Se requieren precauciones nonnales de seguridad
Seguridad especial en cuanto a la operación de la grúa
........
1--~~~~--+-~~~~~~~~~-.-~~~~~~~-+-~~~~~~~~~~~~~~~~
8 " Jl
Experienci:1 en solución
~
supervisión
~~ 1~·oblemas
Supervisión minima de ingenie1ia
-e
Requiere personal calificado Requiere SUJlervisión moderada
Requiere alta supt:r\"isión del ingeniero
Requiere te1Teno local si se hace con paneles
Requiere suliciente h:rreno de maniobras local o regional
~~~~~~~~~
Requiere alto grado de supervisión del ingeniero
~1--~~~~-+~~~~~~~~~-1-~d~e~i1~•2~e~n~ie~l"Í~a~~__,1--~~~~~~~~~~~~~~~~+-~~~~~~~--1
Q.
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-\wad S. Hanna
lnst¡1laciones de ;1poyo
Se requiere terreno de maniobras mínimo
El sistema debe esiar disponible cerca del úrea No se rc:quiere terreno
99
,.,
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1mcyc Capítulo5
Edificios existentes y el tránsito limitan el movimiento del equipo en todos los lados del edificio. La zona cuenta con una mano.de obra altamente calificada y altos costos de mano de obra por hora.
5.2.2 Análisis comparativo tabular del uso de cimbra El hecho de que una cimbra de túnel sea usada para solo losas en un sentido apoyadas en muros. hace a este sistema (cimbra de túnel) una selección inapropiada. Por lo tanto debe ser eliminada. igualmente. el número potencial de re-usos ( 14 ), no puede justificar el uso de cimbras de túnel que requieren al menos cincuenta re-usos. Los sistemas de armadura volante y de apuntalamiento montado en columna también son eliminados debido a que el sitio es de características restringidas en el centro de Washington D.C. (Avenida Pennsylvania). El movimiento de grúa está limitado aunque hay disponible servicio adecuado de grúa. Igualmente, el espaciamiento irregular de columnas sugiere fuertemente la eliminación de estos sistemas. Como resultado. la selección se orienta a los sistemas convencionales de madera o de aluminio. Una revisión de la Tabla 5.2 revela que un sistema convencional de aluminio es una selección más apropiada que la del sistema convencional de madera por las siguientes razones: 1.
El tamaño del edificio es 315,000 pie 2 (29,300 m2), lo que es más apropiado para el sistema de aluminio (ver en forma del edificio "limitaciones de dimensión").
2.
La altura de piso en los tres primeros pisos es de 14.5 pies (4.42 m) (ver en altura de pisos).
3.
La zona se caracteriza por tener mano de obra calificada y cara (ver prácticas de la zona)
Debe notarse que puede usarse el sistema convencional de madera, pero el sistema convencional de aluminio es más apropiado.
100
Sistemas de Cimbras
<1
1mcyc
6 Sistemas de cimbra vertical: sistemas dependientes de grúa
6. 1 Introducción a sistemas de cimbra vertical 103 6.2 Sistemas convencionales de cimbra para muro/columnas 103 6.3 Sistemas de cimbra agrupada 107 6.4 Cimbra trepadora 109
:\\\ad S.l lanna
101
-~~' 1mcyc Sistemas de cimbra vertical
6.1 Introducción a sistemas de cimbra vertical El desarrollo de la cimbra ha sido paralelo al incremento de la construcción de concreto a lo largo del siglo veinte. Al avanzar el uso del concreto en los años y habiéndosele asignado tareas estructurales de mayor importancia, los fabricantes de cimbras han tenido que seguir ese paso. Los diseñadores de cimbras y los constructores se percatan cada vez más de la necesidad de seguir adelante con los avances tecnológicos en otros campos de materiales, con el fin de desarrollar innovaciones creativas que se requieren para mantener calidad y economía frente a los nuevos retos del cimbrado. La cimbra fue en un tiempo armada en el lugar, usada una vez, y posteriormente desechada. La tendencia actual sin embargo. es hacia una prefabricación creciente, ensamblado en grandes unidades, erección por medios mecánicos, y el re-uso continuo de las cimbras. Estos desarrollos mantienen la mecanización creciente de la producción en otros campos. Los sistemas de cimbra vertical son aquellos usados para cimbrar los elementos verticales de apoyo de la estructura: columnas, muros de núcleo y muros de cortante. Las funciones de los sistemas verticales de apoyo son las de transferir las cargas del piso a la cimentación y de resistir el viento lateral y las cargas por sismos. En consecuencia. la construcción de elementos estructurales verticales precede al trabajo plano horizontal. Los sistemas clásicos de cimbra vertical utilizados en la construcción incluyen la cimbra convencional, las cimbras agrupadas, las cimbras trepadoras. las cimbras deslizantes, y las cimbras auto-elevables. Los sistemas de cimbra para trabajo vertical de concreto pueden ser clasificados en dos categorías principales: sistemas dependientes de grúa, y sistemas independientes de grúa. La cimbra agrupada y la cimbra trepadora están clasificadas como sistemas dependientes de grúa. Por otra parte, la cimbra deslizante y la cimbra autoelevable son clasificados como sistemas independientes de grúa en los que los paneles de cimbra se mueven verticalmente por medio de otros mecanismos verticales de transporte. Este capítulo se enfoca principalmente a los sistemas de cimbrado dependientes de grúa y sus aplicaciones y limitaciones. El sistema de muro convencional es el único sistema colocado a mano. Los otros cuatro sistemas de cimbra se elaboran con paneles modulares prefabricados antes de ser transportados por grúa o por cualquier otro sistema vertical de transporte.
6.2 Sistemas convencionales de cimbra para muros/columnas Este sistema de cimbra todo en madera consiste en forros hechos de triplay o de tablas que retiene al concreto hasta que se endurece o alcanza resistencia adecuada. Este sistema también es conocido como sistema de madera hecho en obra. El forro es apoyado en postes verticales de madera. Los postes SOQ._sostenidos por travesaños horiA\\ad S.Hanna
103
'
1mcyc Capitulo 6
zontales que también alinean las cimbras. Se utilizan travesaños horizontales sencillos o dobles para sostener a los postes (Figura 6.1-).-Sin embargo, se prefieren los travesaños dobles para evitar el taladrar a través de travesaños sencillos, lo que reduce su capacidad de transferencia de carga. Se perforan tensores a través de los travesaños (travesaño simple) os-e insertan entre ellos (doble travesaño), para resistir la presión lateral del concreto plástico (fresco). Un sistema de apoyos inclinados se utiliza para resistir las cargas de construcción y de viento a que el cimbrado está sujeto.
Figura 6.1 Sistemas convencionales todo en madera para cimbra de muro.
6.2.1 Componentes del sistema y secuencia de construcción Los componentes del sistema convencional de muro son similares a los componentes del sistema convencional de madera para losas, pero tienen nombres diferentes. Las madrinas se convierten en puntale~ y los largueros se vuelven travesaños. Igualmente, los dos sistemas son similares en que se construyen en el sitio y son retirados pieza por pieza. La secuencia de erección para un sistema convencional todo en madera es como sigue: 1.
La erección de la cimbra de muro comienza sujetando el primer lado de triplay al desplante de madera para el concreto (za pata) por medio de anclas o clavos endurecidos. El triplay es erigido con su dirección más larga paralela a la longitud del muro.
2. Entonces los postes son erigidos y sostenidos temporalmente [por contraventeo de madera (generalmente de 1 x 6 pulg. (25.4 x 152.4 mm)]. El acero de refuerzo, cajas para huecos, y otros sistemas eléctricos o mecánicos se instalan antes 104
Sistemas de Cimbras
1
Sistemas tk cimbra vertical
de que se monte el segundo lado del muro. Entonces el triplay es clavado a los postes y el otro lado del muro (triplay) es entonces erigido. 3.
Se perforan los agujeros para los tensores en ambos lados del muro en ubicaciones adecuadas.
4.
Se colocan los travesaños y se sujetan al exterior de los postes por medio de clavos. En sistemas de doble travesaño, cada travesaño debe ser ubicado arriba y abajo de la ubicación del tensor.
5.
Se instalan los contravientos para resistir las cargas horizontales resultantes de fuerzas del viento y vibración del concreto.
6.
Para facilitar la colocación del concreto y el acabado, se montan andamios y se sujetan a la parte superior del muro.
6.2.2 Cimbra para columnas La cimbra convencional para columnas se hace de un forro de tablas clavadas para formar lados rígidos. Típicamente. la cimbra para columnas de concreto tiene cuatro lados. Los lados de la cimbra de columna se sostienen juntos por medio de yugos o abrazadoras (ver Figura 6.2). Otra función de estos yugos es la de evitar el pandeo del forro resultante de la presión lateral horizontal cuando es colocado el concreto fresco. La presión lateral del concreto es mayor cerca de la base de la cimbra. Como resultado, los yugos se colocan a intervalos menores cerca de la base que cerca de la parte superior de la cimbra. Los lados de la cimbra de la co1umna también son sujetados por abrazaderas o ángulos de acero. Con el fin de evitar que se rompan las esquinas o los bordes, es práctica común agregar una tira triangular a la cimbra a lo largo de los bordes de las columnas. Esta práctica también facilita el retirado de las cimbras de la columna. Las columnas pueden tener varias formas: redonda, rectangular, en forma de L, o de varias otras formas irregulares de sección. Las formas irregulares se cimbran frecuentemente adosando insertos especiales dentro de cimbras cuadradas o rectangulares.
6.2.3 Erección de cimbras para columna La erección comienza marcando una plantilla en la losa de piso o zapata para ubicar exactamente la base de la columna. La secuencia de la erección es de algún modo similar a la de las cimbras de muro, sin embargo, los métodos varían dependiendo del equipo disponible de izamiento y de si las jaulas de refuerzo y las cimbras se construyen en la obra o no.
6.2.4 Tensores La función de los tensores es la de resistir a las fuerzas de tensión que resultan de la presión del concreto fresco y de sostener los dos lados de la cimbra de muro (forro) en el espesor correcto. Espaciadores de madera o de metal pueden usarse también para conservar el espesor constante del muro. Los tensores pueden cortarse o desatornillarse y permanecer como parte integral del muro de concreto. Otros tipos de tensores pueden retirarse para reutilizarse. lo que dejaría agujeros visibles. Los agujeros pueden dejarse visibles o rellenarse con mortero o con tapones ya elaborados. La Figura 6.3 muestra varios tipos de tensores usados en el cimbrado de columnas y muros de concreto. La capacidad de carga de los tensores varía de 1,000 a 70,000 lb (450 a 31, 75_0 kg).
Awad S.l lanna
105
<"I
1mcyc Capítulo 6
Forro de
tablas
Cuña
Figura 6.2 Cimbra para columnas
6.2.5 Prácticas de construcción
106
l.
Una buena práctica es minimizar el corte de material de cimbrado para acomodarlo al tamaño del muro. El triplay, los postes, y los travesaños pueden extenderse más allá del tamaño del muro y detener el colado del concreto en el tamaño apropiado. Por ejemplo, los planos pueden indicar un muro de 11 pies (3.35 m) de alto. El triplay y los postes pueden exten derse a 12 pies (3.66 m) de alto y el concreto puede detenerse cuando llegue a los 11 pies (3.35 m) de alto.
2.
En postes largos o travesaños en donde se necesita más de una pieza, las viguetas entre diferentes piezas deben ser repartidas para evitar la crt!ación de un plano de debilidad.
3.
Cuando se coloca concreto para columnas altas, es recomendable tener huecos o ventanas a media altura o en otros interva los para facilitar la colocación y el vibrado del concreto.
Sistemas de Cimbras
,{,
1mcyc Sistemas de cimbra vertical
Figura 6.3 Tensores de cimbra de muro.
6.2.6 Economía de la cimbra convencional de muro Los sistemas de cimbra convencional de muros son económicos cuando se espera un número limitado de re-usos y la configuración del muro o columna no son repetitivos. El número esperado de re-usos para cimbras convencionales construidas en la obra es de tres o cuatro veces, dependiendo de la calidad de la madera, el herraje de conexión, y el manejo de la madera durante la erección y el descimbrado. Las limitaciones en el uso de los sistemas convencionales de madera para muros de concreto son similares a las de las cimbras convencionales para losas, como los altos costos de mano de obra y el desperdicio de materiales ..
6.3 Sistemas de cimbra agrupada Las cimbras agrupadas son grandes unidades de cimbra de muro que se elaboran con paneles unidos con herraje especial y contraventeados con marcos de soporte o con marcos especiales de acero o de aluminio. Las cimbras agrupadas pueden elaborarse en el sitio de la obra, rentarse, o comprarse a fabricantes de cimbras. Las ventajas de las cimbras fabricadas sobre las hechas en la obra es que son más precisas en dimensiones y pueden ser re-usadas un mayor número de veces.
6.3.1 Tamaños y materiales Los tamaños de cimbras agrupadas varían sustancialmente desde pequeñas unidades que se operan manualmente, a unidades mucho mayores que se manejan y elevan por medio de grúas. Las cimbras agrupadas menores son generalmente de 2 x 8 pies (0.61x2.44 m), y 4 x 8 pies (l.22 x 2.44 m), y pesan entre 50 y 100 lb (23 y 45 kg.). Las cimbras agrupadas mayores están limitadas por la capacidad de traslado de la grúa y pueden alcanzar hasta 30 x 50 pies (9.1 x 15.2 m). Algunas publicaciones se refieren a las unidades más pequeñas de cimbras agrupadas como "cimbras modulares", y a las unidades más grandes como "cimbras agrupadas". 1\\\ad S.l lanna
107 '·
'
1mcyc Capítulo 6
Las cimbras agrupadas pueden hacerse de aluminio (todo de aluminio), con cara de triplay y marco de aluminio, cara de triplay y marco de acero, y todo de acero. Las cimbras todo de aluminio consisten en forro de aluminio sostenido por un marco de aluminio con rigidizadores intermedios. El forro de aluminio puede ser simple o tener la forma de un patrón de ladrillo para tener un acabado arquitectónico. El forro de aluminio no es popular debido a su costo relativamente alto y a la tendencia del concreto a reaccionar químicamente con el aluminio. Un módulo común para cimbra agrupada todo de aluminio es en paneles de 3 x 8 pies (O. 91 x 2.44 m). Una alternativa popular y ampliamente usada para las cimbras agrupadas todo de aluminio, es la de marco de aluminio con tri play. Este sistema es más ligero y menos costoso que la cimbra agrupada todo de aluminio. El triplay es sujetado al marco de aluminio por medio de remaches de aluminio. Otro método para sujetar el triplay a las vigas de aluminio es el de usar viguetas tipo clavable en el ensamble de la cimbra agrupada. El tripay es sujetado a la viga tipo clavable con clavos normales. Un módulo común para este sistema es en paneles de 2 x 8 pies (0.61 x 2.44 m). La Figura 6.4 muestra una cimbra agrupada con marco de aluminio y cara de tri play. El tercer tipo de cimbras agrupadas consiste en una cara de triplay soportada por travesaños de acero. Los travesaños son hechos generalmente de canales dobles para permitir a los tensores ser insertados entre los canales y para reducir la flexión de la cimbra agrupada. La ventaja de este sistema sobre los otros sistemas mencionados anteriormente es su capacidad de soportar mayores cargas a mayores distancias entre travesaños. Un módulo común para este sistema es en paneles de 4 x 8 pies ( 1.22 x 2.44 m). La cimbra agrupada todo de acero se hace con forro de acero y postes y travesaños de acero. Este sistema se usa para sostener concreto fresco en colados altos, gruesos y múltiples niveles. Este sistema tiene un número ilimitado de re-usos siempre que se mantengan prácticas de buen almacenamiento. Un módulo común para este sistema es en paneles de 2 x 8 pies (0.61 x 2.44 m) debido a su gran peso.
Figura 6.4 Cimbra agrupada con marco de aluminio.
108
Sistemas de Cimbras
;81
1mcyc Sistemas de cimhra vertical
6.3.2 Ensamble de cimbras agrupadas Las ciml?ras agrupadas se ensamblan en el suelo, se levantan para colocarlas en su lugar, y se descimbran como una unidad. El ensamble de cimbras agrupadas comienza colocando los travesaños sobre bloques de madera en un terreno plano y nivelado. Para un ensamble más rápido y eficiente, se puede usar una mesa de ensamble en lugar de ensamblar las cimbras en el suelo. Ya así se nivelan los travesaños, se alinean y se aseguran en su posición correcta. Las vigas tipo clavable se colocan después, en forma perpendicular a los travesaños. Las vigas tipo clavable se sujetan a los travesaños por medio de clips. Dos piezas con extremo de madera se colocan después y se sujetan a los travesaños. Después el tri play se coloca y se sujeta con tornillos. Los agujeros para tensores pueden hacerse en el suelo. sin embargo, una buena práctica es perforar los agujeros e insertar los tensores cuando las cimbras agrupadas son erigidas, para asegurar que los agujeros en ambos lados del triplay coinciden.
6.3.3 Economía y ventajas de la cimbra agrupada l.
La productividad de cimbras agrupadas es mayor que la de cimbras tradicionales porque son ensambladas en el suelo y des cimbradas como una sola unidad. Las cimbras agrupadas producen un concreto liso de alta calidad con pocas juntas. Igualmente, se pueden adosar recu brimientos al triplay para obtener un concreto arquitectónico.
3.
Las cimbras agrupadas tienen un mayor valor de re-uso que los sistemas de cimbrado tradicional todo en madera. Así mismo, el triplay puede ser sustituido sin necesidad de sustituir el marco de soporte.
6.3.4 Limitaciones de la cimbra agrupada 1.
La mayor limitación del cimbrado agrupado es que antes de mover vertical u horizontalmente las cimbras agrupadas a la siguiente posición del colado, tienen que ser bajadas al suelo para limpieza y aceitado. Este procedimiento incrementa sus tancialmente el tiempo del ciclo entre dos colados.
1
Las cimbras agrupadas no son adecuadas para muros pequeños o muros interrumpidos por pilastras o contrafuertes.
3.
Debido a su gran tamaño, la seguridad es una preocupación de importancia cuando se trasladan cimbras agrupadas.
6.4 Cimbra trepadora Los sistemas de cimbra trepadora se utilizan cuando no hay piso disponible para apoyar el cimbrado de muros, o cuando el muro y la columna se crecen sin apoyarse en un piso. La cimbra trepadora consisten en un panel enmarcado, adosado a dos o más marcos de soporte. Pueden ser de un piso de altura, apoyadas en insertos colocados en el colado inferior, o también pueden usarse dos unidades, cada una de un piso de altura que saltan alternativamente una sobre otra (Figura 6.5).
6.4.1 Componentes de la cimbra trepadora La cimbra trepadora consiste en dos partes: un panel superior enmarcado con su sistema de soporte y plataforma de trabajo, y una estructura de soporte que se adosa al muro de concreto bajo el muro-que se está colocando. La función del panel superior enmarcado es la de sostener al concreto recientemente colad_o. La.estructura de apoyo es sujetada a un muro rígido de concreto. Su función es la de sostener al panel de la cimbra enmarcada superior. Los componentes de la cimbra trepadora se muestran en la Figura 6.6. Awad S.Hanna
109
'
1mcyc Capítulo 6
l
Figura 6.5 Cimbra trepadora
La parte superior consiste en tres elementos principales: ( 1) panel enmarcado de cimbra, (2) contra venteo de soporte. y (3) plataformas de trabajo. El panel enmarcado de cimbra consiste en una cara de tri play sostenida por dos o más marcos de soporte El panel enmarcado de cimbra y los marcos de soporte son sostenidos por un contraventeo ajustable de tubo. El contraventeo se utiliza para el plomado y el descimbrado del marco de panel de cimbra. Las vigas del marco de soporte y el contraventeo de tubo descansan y son conectados a una viga horizontal que se ancla a la parte superior del muro de concreto bajo el muro que se está colando. Los marcos de soporte. el contra venteo, y la viga horizontal están formando un sistema de armadura que sostiene al concreto recientemente colado. Otra función de la viga horizontal es la de sostener el pasillo bajo la plataforma inferior de trabajo. Después de que el concreto obtiene resistencia suficiente para sostener su propio peso, el panel enmarcado de cimbra es retirado del muro de concreto para permitir la colocación de ménsulas de apoyo para la siguiente posición de colado y para terminar el parchado del concreto. El panel enmarcado de cimbra es retirado ya sea inclinándolo o moviéndolo horizontalmente por medio de rodillos hacia afuera del muro de concreto. Hay dos plataformas de trabajo en el panel enmarcado superior. La plataforma superior de trabajo se utiliza para colocar y vibrar el concreto y para sujetar la ménsula de apoyo (zapata trepadora). La plataforma inferior de
110
Sistemas de Cimbras
\\)
1mcyc Sistemas de cimbra vertical
tvlurn de concreto Panel enmarcado de cimbra
Ropisa do atorriz.1jo \ (zapnta de salto) \
\
Contrnventeo ajustable Platafonna inforior de trabajo
Platafonna de asillo
Fig. 6.6 Componentes de la cimbra trepadora (Cortesía de SYMONS Corp.)
trabajo tiene dos funciones ( 1) permitir a los trabajadores de la construcción retirar los tensores de cimbra y pernos de anclaje, y (2) limpiar y re-aceitar los paneles de cimbra.
La estructura de apoyo La estructura de apoyo básicamente es un mecanismo de soporte para el panel enmarcado de cimbra y sus plataformas de trabajo. La parte inferior de la estructura de apoyo se utiliza como pasillo para trabajos de reparación de concreto. Se puede utilizar una escalera y extenderla entre el pasillo y la viga horizontal para trabajos de reparación en toda la altura del muro.
6.4.2 Ciclo típico de trabajo-primer colado La Figura 6. 7 muestra un primer colado típico a nivel, usando el sistema de cimbra trepadora en la misma forma que un cimbrado agrupado. La cimbra para el primer colado está formada por el panel enmarcado de cimbra con su marco de soporte y el diagonal de compresión. En este caso, las diagonales del muro pueden ser anclados directamente al piso o losa para alineamiento de la cimbra. Hay que tener en cuenta que una losa de piso o cimentación deben existir para comenzar la colocación de las cimbras trepadoras desde el nivel del suelo. Awad S.Hanna
111
.,
1mcyc Capitulo 6
Fig. 6.7 Primer colado con cimbra trepadora (Cortesía de Patent Scaffolding Co.)
Segundo colado Después de colocar el concreto en el primer colado, los tensores son liberados y la cimbra es levantada a la siguiente posición de colado. El segundo colado comienza colocando la zapata trepadora en el muro en la primera elevación de "salto". El panel enmarcado de cimbra es sujetado a las cuerdas de la grúa y levantado a su posición arriba de las zapatas trepadoras. La estructura inferior de soporte es entonces adosada sin el pasillo inferior colgante (Fig. 6.8).
Tercer colado: ensamble del pasillo Se agrega un pasillo para acabado a la cimbra trepadora. La cimbra trepadora está así completa para todos los colados subsecuentes. El propósito del ensamble del pasillo es el de proporcionar al trabajador acceso a las zapatas trepadoras, anclas de viento, y parchado y acabado del muro. Se recomienda que cuando este pasillo sea usado, deberá adosarse después del colado en la primera posición trepadora, pero antes de levantar la cimbra a la tercera posición (Figura 6. 9).
Descimbrado El descimbrado comienza retirando todos los tensores de cimbra y los pernos de anclaje-posicionamiento. El panel de cimbra con sus marcos de soporte es entonces desprendido del muro inclinándolo o rodándolo (Fig. 6.10). La inclinación se logra liberando la diagonal de muro, mientras que el rodado se realiza por medio de rodilos. Debe notarse que la diagonal de compresión se utiliza tanto para un ajuste preciso (plomado), de los elementos de la cimbra, como para la remoción de la cimbra. El descimbrado permite la accesibilidad a los insertos desde el nivel superior de la plataforma. Las zapatas trapdoras se colocan entonces y se sujetan para el siguiente colado. Muros adicionales, o limpieza de la cimbra, aceitado, y reparación pueden llevarse a cabo desde el pasillo y la plataforma inferior de trabajo. 112
Sislt:mas de Cimbras
{) 1mcyc Sistemas de.:: cimbra vertical
Fig. 6.8 Cimbra trepadora - Segundo colado (Cortesía de Patent Scaffolding Co.) l.111~1
,(.:!!rila
Fig. 6.1 O Descimbrado de cimbra trepadora (Cortesía de Patent Scaffolding Co.) Awad S.Hanna
Fig. 6.9 Cimbra trepadora - Tercer colado. (Cortesía de Patent Scaffolding Co.) l .incu J..: g.rúa
Fig. 6.11 Cimbra volante trepadora (Cortesía de Patent Scaffolding Co.) 113
:() 1mcyc Capítulo 6
Volado El ensamble total de la ·cimbra trepado se levanta después por medio de grúa a su posición, arriba de las zapatas tre~adoras recientemente co_Iocados (Fig. 6.11 ). Los cables de la grúa se sujetan a los puntos de izaje de la cimbra agrupada en la parte superior del panel de cimbra. El grupo está así listo para colocarse para el siguiente colado.
Recolocación Después de que la grúa es liberada, se sujetan anclas de viento a cada ubicación de tensores o a los insertos de la zapata trepadora, y el grupo es limpiado y aceitado en preparación para el siguiente colado. El panel de cimbra es entonces movido hacia adelante, hasta que entra en contacto con la parte superior del colado previo. El grupo es plomado utilizando la diagonal de muro, otro grupo es colocado en posición en el lado opuesto del muro, y se in~ stalan los tensores (Fig. 6.12). Deberá notarse que hay dos escenarios diferentes para cimbrar y colar muros de concreto. Primero, el colado de la losa sigue inmediatamente a cada muro, y por lo tanto proporciona los medios de soporte para el grupo en el lado izquierdo como se indica. Segundo, no hay piso disponible para sostener la cimbra, o los muros y columnas crecen lejos del piso. En este caso, se pueden usar dos conjuntos o equipos que saltan uno sobre el otro en una forma alternada.
Fig. 6.12 Recolocando·cimbras trepadoras (Cortesía de Patent Scaffolding Co.)
114
Sistemas dt: Cimbras
{) 1mcyc Sistemas de <.:imbra vertical
6.4.3 Ventajas de la cimbra trepadora - Reducción significativa en tiempo de grúa La cimbra trepasdora puede reducir el costoso tiempo de grúa a menos de la mitad de lo que se requiere para un cimbrado agrupado convencional usado para construcción de muros. Esto se logra simplemente eliminando tiempo de grúa normalmente requerido para sostener grupos convencionales durante la remoción final de tensores, mantenimiento de cimbra, y colocación inicial en el siguiente colado. Debe notarse que todas las operaciones de cimbrado tales como descimbrado y recolocación son independientes de la grúa; la grúa es necesaria solamente para levantar la cimbra trepadora hacia arriba. Como se indica anteriormente, cuando las cimbras son descimbradas por rodado o inclinación, se necesita un claro de 30 pulg. (762 mm) entre la cara de la cimbra y el muro. Esto proporciona suficiente espacio para realizar tal trabajo como el descimbrado y la limpieza, colocación del refuerzo, y otro tipo de mantenimiento del muro en preparación para el siguiente colado. Una plataforma de trabajo de 30 pulg. (762 mm) de ancho también permite la remoción de la zapata trpadora y el parchado, el resanado, y aún las operaciones de postensado si se requieren.
Uso de recubrimientos de cimbra Si las especificaciones indican concreto arquitectónico, la cimbra trepadora alto permiten el uso de recubrimien..: tos de cimbra con numerosos patrones que ofrecen una variedad de acabados arquitectónicos. Igualmente, si las especificaciones indican huecos, una caja es adosada al triplay para crear el hueco.
Flexibilidad Los panales de cimbra y las plataformas de trabajo son ajustables para lograr cualquier ángulo inclinado que se requiera, sea hacia adelante o hacia atrás. También se pueden acomodar muros con pendientes inclinando los paneles de cimbra utilizando la diagonal de compresión.
Calidad Un acabado de concreto estéticamente agradable es siempre de importancia primordial en la construcción de concreto arquitectónico, tal como en muros y columnas. La cimbra trepadora puede complementarse con un amplio rango de recubrimientos de cimbra que proporcionan diferentes tipos de material y muchos acabados arquitectóni.: cos distintos. Dependiendo del acabado deseado, estos recubrimientos de cimbra pueden utilizarse para producir texturas difíciles, maximizar los re-usos, facilitar el descimbrado, usarse económicamente una sola vez, etc. etc. Igualmente, debido a que una cimbra trepadora es un sistema industrializado, proporciona resistencias predecibles. minimizando así la incertidumbre que a menudo rodea al equipo elaborado en la obra.
Durabilidad Cuando se anclan adecuadamente, las aplicaciones típicas de cimbras trepadoras están diseñadas para resistir las condiciones de viento de hasta 90 mi ( 145 km) por hora, y sostener cargas de plataforma de hasta 50 lb/pie 2 (244.13 kg/m 2). Mientras que la plataforma no sea utilizada para almacenamiento de varilla qe refuerzo y otros materiales de construcción, esta alta capacidad de carga tiene la ventaja de resistir la instalación del refuerzo y otras actividades generales directamente desde la plataforma. Awad S.Hanna
115 \,
Capitulo6
Seguridad Las plataformas de trabajo con protección de 5 a 6 pies ( 1.52 a 183 m) de ancho proporcionan un área muy segura de trabajo para el personal de construcción. Igualmente, no es necesario para los miembros del personal estar en la cimbra durante la operación de la grúa para ayudar al procedimiento de levantado.
Productividad El sistema de la cimbra trtepadora es muy productivo y permite a los contratistas completar un ciclo de piso cada 2 a 4 días, dependiendo del tamaño del piso y de la altura del muro. Igualmente, debido a que las cimbras trepadoras son contraventeadas por el exterior, no se necesita contraventeo interior, eliminando así la interferencia con el apuntalamiento interior.
6.4.4 Limitaciones de la cimbra trepadora Accesibilidad El sitio de la obra debe ser suficientemente accesisble, ya que las cimbras pueden ser de hasta 16 pies (4.88 m) de alto y de 44 pies (13.41 m) de largo.
Aberturas/insertos Las cimbras trepado se acomodan mejor a diseños de edificios en que se presentan regularmente las aberturas de piso a piso. La existencia de aberturas, huecos, e insertos hace más lenta la operación de la cimbra trepadora.
Espacios libres Se requiere espacio libre entre las cimbras y un edificio adyacente, con el fin de avanzar de un piso al siguiente.
116
Sistemas de Cimbras
)~"
1mcyc.
7 Diseño de cimbra para muros 7.1 Componentes de la cimbra para muros 119 7.2 Cargas de diseño 11 9 7.3 Método de análisis 121 7.4 Cálculo de esfuerzos 122 7.5 Determinación de claro máximo permisible 122 7.6 Diseño de contraventeo lateral 123
Awad S.Hanna
117
0:1
1mcyc Dist:iio de cimbra para muros
Este capítulo presenta un método de diseño de cimbras todo de madera para muro de concreto. Este procedimiento ha sido formulado para proporcionar un diseño de cimbra de muro seguro en todos sus componentes. La metodología del diseño se basa en cargas recomendadas por el ACI-347-1994, y en los valores de esfuerzos recomendados por el NDS-1991 y la AP A 1997.
7.1 Componentes de la cimbra para muros Una cimbra para muro generalmente se hace de forros, postes, travesaños, tensores, y contraventeo lateral como se indica en la Figura 6.1. El concreto fresco provoca una presión lateral en el forro, lo que es resistido por los postes. Los postes se comportan estructuralmente como una viga continua con muchos claros apoyada en travesaños. Los travesaños a su vez. se supone que actúan como una viga continua que se apoya en tensores. Los tensores finalmente transmiten la presión lateral del concreto al terreno.
7.2 Cargas de diseño Las presiones ejercidas sobre las cimbras de muros durante la construcción necesitan ser evaluadas cuidadosamente en el diseño de un sistema de cimbra. Las cargas impuestas por el concreto fluido en los muros y columnas son diferentes de las cargas de gravedad producidas sobre las cimbras de losa. El concreto f~esco presenta propiedades fluidas temporales hasta que el concreto se rigidiza suficientemente para sostenerse a sí mismo.
7.2.1 Presión lateral del concreto en cimbras para muros La cimbra debe diseñarse para resistir las presiones laterales ejercidas por el concreto recientemente colocado en las cimbras. Si el concreto es colocado rápidamente en cimbras de muros o columnas, la presión puede ser equivalente a la presión total del líquido. Esto requiere que el ritmo de colocación exceda al tiempo inicial de fraguado de la mezcla de concreto. Una vibración excesiva y profunda puede licuar el fraguado inicial del concreto dentro de la cobertura efectiva de las vibraciones. Aditivos retardadores o el clima frío pueden también retrasar el fraguado inicial y dar por resultado una presión lateral mayor a la prevista. La fórmula para la presión en el muro establecida por el Instituto Americano del Concreto (ACI-347) toma en consideración la temperatura de la mezcla y el ritmo de colocación del concreto. El ritmo de colocación del concreto se expresa en pies por hora de altura de llenado de concreto en las cimbras. La Tabla 7.1 muestra los valores de la presión para muros de concreto de diferentes temperaturas y ritmo de llenado. L.
Para columnas y muros con un ritmo de colocación menor de 7 pies/h (2.1 m/h); _
Awad S.Hanna
119
1mcyc Capitulo 7
Tabla 7.1 Valores de presión para muros de concreto: relación entre el ritmo de llenado de las cimbras de muro, presión máxima, y temperatura (ACI). · Presión máxima del concreto, lb/pie 2 Ritmo de llenado de las cimbras, pie/hora 1 2 3 4 5 6
Temperatura ºF 40
50
60
70
80
90
375 600 825 1050 1275 1500 1725 1793• 1865 1935 2185•i• 26351"
330 510 690 870 1050 1230 1410 1466 1522 1578 1858 2138t
300 450 600 750 900 1050 1200 1246 1293 1340 1573 1806
279 409 536 664 793 921 1050 1090 1130 1170 1370 1570
262 375 487 600 712 825 933 972 1007 1042 1217 1392
250 350 450 550 650 750 850 877 912 943 1099 1254
7 8 9 10 15 20 ·¡· Estos valores están limitados a 2000 lb/pie 2
100 240 330 420 510 600 690 780 808 836 864 1004 1144
_1 9000R p- 50 + - T con un máximo de 3000 psf ( 1.47 kgf/cm 2) para columnas, 2000 psf (0.98 kgf/cm 2) para muros, y un mínimo de 600 psf (0.29 kgf/cm 2), pero no mayor de 150h (0.24h 51 ) en donde, p R
presión lateral (lb/pie 2) ritmo de colocación, pie/h
T h
temperatura del concreto en la cimbra en ºF altura de la cimbra, o la distancia entre juntas de construcción en pies
ó:
P1vt
=0.073 +
8 .oR·. , (equivalentes métricos) + 17.8
r..
en donde, PM R51 Te h5, 2.
presión lateral, kgf/cm 2 ritmo del colocación, m/h temperatura del concreto en las cimbras, en ºC altura del concreto fresco arriba del punto considerado, en m
Para muros con un ritmo de colocación de 7 a 1O pies/h (2 a 3 m/h):
p = 150 + 43,400 + 2800R T T
120
Sistemas dl! Cimbras
;-_I 1mcyc Disdili de cimbra para muros
ó: p/11 =O. O73 +
11.78
+
2.49R
·'
I
T,.. + 17.8 T,.. + 17.8
•
1
. .
(equ1va entes metncos)
con un máximo de 2000 psf (0.98 kgf/cm 2), un mínimo de 600 psf (0.29 kgf/cm 2), pero no mayor de 150h (0.24h 51 ) 3.
Para un ritmo de colocación> de 1O pies/h: p= 150h ó:
P:11
=
0.24h 51 (equivalentes métricos)
Las tres fórmulas anteriores pueden aplicarse solamente si el concreto satisface las condiciones siguientes:
•
No contiene aditivos
•
Tiene un revenimiento de 4 pulg. ( 100 mm) ó menos,
•
Utiliza vibrador interno normal a una profundidad de 4 pies ( 1.22 m) ó menos
Si el concreto es bombeado desde la base de la cimbra, la cimbra debe ser diseñada para resistir la presión hidrostática lateral del· concreto fresco más una tolerancia mínima de 25 por ciento para tomar en cuenta una sobrepresión de la bomba. Debe tenerse cuidado cuando se usa vibrador externo o concreto hecho con compensación de contracción o con cementos expansivos, ya que se espera que ocurra una presión mayor a la presión hidrostática. Es buena práctica reducir los esfuerzos permisibles a la mitad de su valor original cuando se utilizan vibradores externos.
7.2.2 Cargas Horizontales Los contraventeos laterales deben ser diseñados para resistir todas las cargas horizontales posibles, tales como fuerzas sísmicas, viento, tensión de cables, soportes inclinados, amontonamiento del concreto, etc. Los contraventeos laterales de la cimbra de muro deben ser diseñados para cumplir con los requisitos mínimos de cargas por viento del ANSI A58. l, ó del código de construcción local, cualquiera que sea más estricto. Para muros expuestos, la carga mínima de diseño por viento debe ser no menor de 15 lb/pie 2 • Los contra vientos para cimbras de muros deben ser diseñados para una carga horizontal de por lo menos 100 lb por pie lineal del muro, aplicada en la parte superior.
7.3 Metodo de análisis Paso 1: El procedimiento para aplicar las ecuaciones de las Tablas 3.15 y 3.16 en el diseño del forro es el de considerar una franja de un pie de ancho (considerar el pie inferior del forro donde la presión lateral del concreto es máxima). Determi nar el claro máximo permisible con base en los valores permisibles de esfuerzo de flexión, el esfuerzo cortante, y la de flexión. El valor mas bajo determinará el espaciamiento máximo de los postes. Paso 2: Con base en el espaciamiento de postes seleccionado, el poste mismo es analizado para determinar su espaciamiento máximo permisible. Los postes están sujetos a presión uniforme resultante del concreto fresco. Esta presión es resistida Awad S.Hmma
121
'
1mcyc Capítulo 7
primero por el forro que a su vez transfiere las cargas a los postes. El claro seleccionado de poste será el espaciamiento de los travesañ.os. Paso 3: Con base en el espaciamiento seleccionado de postes, el espaciamiento máximo de travesaños (distancia entre soportes horizontales o tensores) puede ser determinado utilizando el mismo procedimiento. Para simplicidad y economía del diseño, este valor de claro máximo es generalmente redondeado al siguiente entero inferior o valor modular cuando se selecciona el espaciamiento.
7.4 Cálculo de esfuerzos Después de que se han calculado las cargas de diseño apropiadas, los forros, postes, y travesaños son analizados a su vez, considerando cada elemento como una viga uniformemente cargada con una de las tres condiciones de apoyo (claro simple, dos claros, o tres o más claros) para determinar los esfuerzos desarrollados en cada elemento. Los soportes verticales y los contravientos laterales deben revisarse en cuanto a esfuerzos de compresión y tensión. Con la excepción del forro, los esfuerzos de compresión deben ser revisados en los apoyos para asegurarse contra el pandeo. Usando los métodos de mecánica de ingeniería, los valores máximos del momento flexionante, cortante, y detlexión desarrollados en una viga cargada uniformemente de sección uniforme, se muestra en las tablas 3 .15 a 3 .17. Los esfuerzos máximos de las fibras en flexión, cortante, y compresión, resultantes de una carga específica, pueden ser determinados a partir de las ecuaciones siguientes: Flexión:
Cortante:
.f:
l5V
= ~ para elementos rectangulares de madera
V
lb/Q
Compresión:
o
p
f..J. =A"
Tensión:
En donde /,,, f;., f..l. , f~., y f, son como se definió anteriormente en las tablas NDS y, A
área de la sección en pulg 2
M
momento máximo en lb/pulg.
P
carga concentrada, en lb.
S
módulo de sección en pulg 3
U
fuerza cortante máxima, en lb
lb/Q
constante de corte, en pulg 2/pie
7.5 Determinación de claro máximo permisible El claro máximo correspondiente a flexión, cortante, y deflexión puede obtenerse directamente usando las ecuaciones de la Tabla 3.16. Como se menciona previamente el valor máximo permisible de diseño para el claro será el más pequeño redondeado al entero inferior o valor modular. 122
Sistemas de Cimbras
,,
1mcyc Diserlo de cimbra para muros
7.6 Diseño de contraventeo lateral Para cimbras de muro, el contraventeo lateral se proporciona en forma de puntales rígidos inclinados. Los contraventeos son requeridos generalmente para resistir las cargas de viento y otras cargas horizontales. Puesto que la carga por viento puede aplicarse en cualquier dirección, los contraventeos deben colocarse en ambos lados de las cimbras. Cuando se usan puntales rígidos, pueden colocarse en un lado de la cimbra si están diseñados para resistir tanto la tensión como la compresión. La Figura 7.1 muestra un ejemplo visual de contraventeo lateral de cimbra.
Figura 7.1 Contraventeo lateral de cimbra.
Cargas de diseño La carga de diseño para contraventeo lateral puede calcularse usando las siguientes ecuaciones: P'
= Hhl h' /'
en donde: P'
=
carga de puntal por pie de la cimbra, lb/pie
H
=
carga lateral en la parte superior de la cimbra, lb/pie
h
=
altura de la cimbra, en pies
h'
=
altura de la parte superior del puntal, en pi·es
=
longitud de puntal, en pies
I'
=
distancia horizontal desde la base del puntal a la cimbra, en pies
Procedimiento de diseño 1.
Comenzar el diseño seleccionando un cierto tamaño de puntal que satisfaga I
-
~50
d
en donde des la dimensión menor de la sección transversal del puntal seleccionado 2.
Calcular el esfuerzo crítico de pandeo de Euler para columna FcE como sigue:
Awad S.Hanna
123
{;') 1mcyc Capítulo 7
F.= Kc:EE' d:
(!,. / d)2.
en donde K c1:·= 0.3 para madera graduada visualmente (usado también en diseño de cimbra) 3.
Calcular el esfuerzo de compresión limitante en columna con relación de esbeltez cero de F,· de la ecuación:
en donde C0 , CM, Ci. CF, son tablas definidas (ver Tablas 3.4a,b, 3.7, y 3.8) 4.
Calcular el factor de estabilidad de columna Cp con la fórmula:
5.
El esfuerzo de compresión permisible F'c en el puntal es dado por F'c
= F,~
(Cp)
6.
Si F,'. < Fc:J:, esto significa que la sección elegida no es suficiente para resistir el pandeo. Así, debe incrementarse el tamaño de la sección transversal y repetir los pasos 1 a 6 hasta obtener F,.¡; < F,'.
7.
La carga máxima que puede ser resistida por el puntal es el producto de F'c y el área real (nó la nominal) de la sección trans versal del puntal seleccionado.
8.
El espaciamiento máximo de puntales en pies que puede soportar un puntal se obtiene dividiendo la carga máxima entre la carga por puntal por pie.
Debe notarse que el puntal generalmente soporta fuerzas de compresión o de tensión dependiendo la dirección de la carga horizontal aplicada a la cimbra. Esas dos fuerzas son iguales en magnitud pero difieren en signo. El diseñar puntales como elementos de compresión generalmente garantiza que son seguros también en tensión porque tomamos en consideración una precaución adicional contra el pandeo asociado con la compresión. EJEMPLO 1 Diseñar una cimbra para un muro de concreto de 15 pies de alto, que será colado a un ritmo de 4 pies/h, vibrado internamente. La temperatura prevista del concreto al colarse es 68 ºF. El forro será de madera de 1 pulg. de espesor (nominal), y se usarán tensores de 3000 lb. La madera de armazón se especifica como grado de construcción Douglas Fir No. 2 Solución:
Carga de diseño Presión lateral: P
= 150 + (9000R)/T
p = 150 + (9000
X 4)/68
= 679.41 psf =680.0 lb/pie2 Suponer junta de construcción cada 5 pies: 150 X h 124
= 150 X 5 = 750 lb/pie2 Sistemas de Cimbras
{í
1mcyc Disd\o de eimbra para muros
680 < 3000 y 680 < 150 X h (OK) El valor de diseño para presión lateral es 680 lb/pie 2
Criterios de diseño Se necesita encontrar el claro máximo práctico que el elemento de diseño puede resistir.
Espaciamiento de postes Considerar l tira de 12 pulg. Carga/ft' = 680 lb/pie 2 De las tablas de diseño podemos obtener: • F11
875 lb/pulg:?
=
• Factor de uso en plano Cru = 1.2 • Factor de tamaño Cr
=
1.2
• Fv = 95 psi (aquí no tenemos división) • Factor de Temperatura
C, = 1.0
=
• Factor de duración de carga
(Duración de la carga
CD
=
=
1.25
= 7 días para la mayoría de cimbras a menos que se indique de otro modo).
Flexión Esfuerzo permisible
F,:
875
X
1.2
X
=
0:
=
1.0 X 0.9
X
Fb(Cru)(Ct)(Co) 1.25
=
l 181.25 lb/pie 2
claro permisible =
10.95(~ s
r
l0. 95 (118125 X l.055J)í 680
14.824 pulg.
Cortante Esfuerzo permisible = F,.' = Fv(CH)(C 1)(CD)
F,.' = 95 I
X
2.0
X
1.0
X
1.25 = 237.5 lb/pulg 2
= 13.3 (F.~ A ) + 2 X d lV
De las tablas podemos obtener: Awad S.Hanna
125
I 1mcyc Capitulo 7
• d = 0.75 pulg. • A = 8.438 pulg.
2
1 =133 x 2375 x 8.438 + 2 x 0.75 = 40 .7 pulg. 680
Deflexión /=1.69(
~r
De las tablas podemos obtener: • 1
=
• E
=
0.396 pulg
4
1,600,000 lb/pulg2
E' = E (C,) = 1.6 x 106 x 1.0 = 1.6 x 106 lb/pulg 2
I = 1.69 ( 1.6 x 10<> x 0.396)1,
=
16.507 pulg.
680
Por lo tanto el forro será soportados por postes, con un espaciamiento de 12 pulg. ( 1 pie).
Espaciamiento de travesaños Carga/pie
=
w x (espaciamiento de poste x 1 pie de claro de travesaño)
=
680.0
X
1.0
X
1.0 = 680.0 lb/pie
Intentar con una pieza de ( 2 x 4 ) Douglas Fir: De las tablas podemos obtener: • 1 • S
= =
5.358 pulg°' 3.063 pulg:;
• d = 3.5 pulg. • A = 5.25 pulg 2
Flexión Factor de tamaño C / = 1.5
126
F¡'.
=
F'¡'.
= 675
esfuerzo permisible = X
1.Q
X
1.25
X
Fb(postes)
(C1)(Co)(C ¡)
1.5 = 1266.0 lb/pie
2
Sistemas de Cimbras
·'
1mcyc Diseiio dt: cimbra para muros
/ = 10.95 ( 1266.Ü
3 063 J}í ·
X
= 26.150 pulg.
680
Cortante ~'. =
Fv(C11)(C1)(Co)
F,'.
95.0 x 2.0 x 1.0 x 1.25 = 237.5 lb/pie 2
~'.A - + 2d 1.),, ..)" -
l
w
-- } -'.-' " "
I
23 7 X
.5
X
525
680
"5 + 2 X -'.
=
31 . -'"87 pu1g.
Deflexión Como anteriormente, E' = 1.6 x 106 lb/pie 2 1 = 1.69 ( 1.6
X
lQc' X
5359
J
1/3
=
39.336 pulg.
680 Rige la flexión; claro= 26.150 pulg. (tomar 2 pies). El espaciamiento final de postes es 2 pies.
Travesaños dobles Intentar con dos piezas ( 2 x 4) Douglas Fir (las propiedades son las mismas que el anterior) Cargalf' = 680 x (espaciamiento de poste) x 1 pie de travesaños
=
1360 lb/pie
Flexión
F,; = esfuerzo permisible =
F,: I
=
875.0
X
1.0
X
1.25
X
Fb(postes)
1.5 = 164.0 psi
10.95( 1640.0x1x3.063) 1360
=
(C,)(Co)(Cr)
=
29.762 pulg.
Cortante F,'. = Fv(CH)(C1)(Co) F,' = 95.0 x 2.0 x 1.0 x 1.25 / =
Awad S.Hanna
13.3 (
= 237.5 lb/pulg 2
F~A J+ 2 x d
127
'
1mcyc Capítulo 7
/ =1"'"'( .J •.J
2375
x
525
680
..) pu 1g. "'5=31"'87 ) + 2 X .J.
Deflexión
= 1.6 x 106 lb/pulg 2•
Como anteriormente, E' / = 1.69 1.6
(
X
6
10 X 5359 680
)113
= 39.336 pulg.
Rige la flexión; el claro = 29. 762 pulg. (tomar 2.5 pies). Prácticamente redondeamos algunas veces este espaciamiento hasta 2.5 pies ya que 29.762 está muy cercano a 30. Los travesaños serán soportados por contraventeos laterales, con un espaciamiento de 2 pies.
Espaciamiento de tensores • Se usarán tensores de 3000 lb • Fuerza/tensor = (presión lateral del concreto) x (espaciamiento de travesaños) x (espaciamiento de tensores), lo que no deberá ser mayor de 3000 lb. • 3000 = 680 x 2 x espaciamiento del tensor ~espaciamiento de tensor ~ 2.206 pies.
Tomar el espaciamiento de amarres
= 2 pies.
Esfuerzo de compresión 1.
Postes en travesaños: Area en compresión = b1ravesaiio X bposte X 2.0 (multiplicamos por 2 debido al doble travesaño) Carga transmitida por compresión = intensidad de presión x espaciamiento de postes x espaciamiento de travesaños 680.0 X 1.0 X 2.0 = 1360.0 lb De las tablas podemos obtener:
F,':.
•
Factor de área de compresión
•
Factor de temperatura = C1 = 1.0
•
Fd
=
=
=
C 8 = 1.25
625.0 psi
F,:. (Cs)(C,)
F,'. = 625 x 1.25 x 1.0 = 781.25 lb/pulg 2
El valor calculado del esfuerzo de compresión es:
Fd. tcalculado) =
128
1360.0
(1.5) 2
X
2
=
302.22 < 781.25 (seguro)
Sistemas de Cimbras
¿) 1mcyc Discflo de cimbra para muros
2.
Placa del tensor Carga del tensor
=
(intensidad de presión) x (espaciamiento de tensores) x (espaciamiento de travesaños) = 680 x 2 x 2 =
2720.0 lb
El esfuerzo permisible en compresión es 781.25 lb/pulg2 El área de compresión indicada en la figura= (ancho del travesaño) x (ancho requerido de la placa de tensor) x 2 (ya que tenemos dos travesaños) B. el ancho requerido de la placa de tensor puede obtenerse como sigue: 2 X 1.5
X
B
272 0.o 781.25
=
B ;;:: 1.161 pulg., tomamos B = 1.5 pulg.
Carga del puntal Probar con 4 x 4 pulg. H h
100 lb/pie
=
15 pies
=
h' = 10 pies l'
=
1O pies
=
14.14pies
HXhXl h' X/'
P'
=
100
150 X IOfi. 10 X 10
X
=
2121.30 lb
14.14 X 12 l -= 48.48 < 50.0 (OK) d 3.45 03E'
F'd:º en riostra
(11 d)
2
=
03
X
1.6
X
( 48.48)
10 6 2
204.228 lb/pulg 2
F,_~ = Fe x (todos los factores excepto Cp)
(
=
Fc(CD)(CM)(Cc)(Ci:)
F,_* = 1300.0 Cp
Awad S.Hanna
X
1.25
X
1.0 X 1.0 X 1.5
=
2437.5 lb/pulg2
factor de estabilidad de columna
129
{j 1mcyc Capitulo 7 2
1 + 204228 24375 2* 0.8
F;
1 + 204228 ] 24375 2* 0.8 [
204228 24375 = 0.0823 0.8
= ~~ (Cp) = 2437.5 x 0.0823 = 200.629 lb/pulg 2 (inseguro)
Intentar una pieza de 5 x 5pulg. Siguiendo el mismo procedimiento, tenemos: I d
-
=
37.7067
FcE =
337.6014 lb/pulg
2
Cp = 0.03784 ~ F,~ = 922.2754 lb/pulg2
P permisible es 922.2754 x (4.5)2 = 18676.07 lb. y el espaciamiento entre puntales= 18676.07/2121.30 = 8.8041 pies. Tornar espaciamiento = 8 pies EJEMPLO 2 Repetir el Ejemplo 1 con forro que tiene las características siguientes: El triplay es Tipo: APA B-B PL YFORM CLASE 1 con grupo de especie de cara= 1. •
Condición seca
•
Espesor: 7/8 pulg.
Solución: De las Tablas 3.11 y 3.12 de las propiedades geométricas obtenemos: • KS = 0.515 pulg. • 1 = 0.278 pulg
4
• lb/Q = 8.05 pulg2
De la Tabla 3.14 de propiedades mecánicas, podemos obtener los valores de diseño siguientes:
130
2
• Fb
=
• Fv
= 190.-0 lb/pulg
•E
= 1.8 x l0 lb/pulg
1650.0 lb/pulg
6
2
2
Sistemas de Cimbras
'
1mcyc D1scii11 de cimbra para muros
La presión del concreto es 680.0 lb/pulg 2 (ver el Ejemplo 1) Espaciamiento de postes
Flexión 680
=
W¡,
120
680
=
X
120
F1i
X
1650.0
X
X
KS
/~
0.515
= -----/12
12.246 pulg.
/1
Cortante Ws =
20
X
F\'
lb/Q
X-1-:_
68
0.0
20.0
=
X
190.0 11
X
8.05
l. = 44.985 pulg.
Deflexión Debida solamente a flexión
I
Li~-
360
wl¿
~=
.•
1743 El
360
1743
X
ft
680
X
1.8
1O''
X
X 0278
1, = 15.273 pulg. Rige la flexión. Espaciamiento de postes = 12.246 pulg. redondeado hacia abajo a 12 pulg disefio es igual a lo anterior. .\\\ad S l lanna
= 1 pie. El resto del 131
()
1mcyc
8 Sistemas de cimbra vertical: sistemas independientes de grúa 8 .1 Cimbra deslizante 13 5 8.2 Sistema de cimbra auto-elevable 142
Awml S. Harma
133
t1
1mcyc Sistemas de cimbra vertical
Como se menciona en el Capítulo 5, el cimbrado vertical puede clasificarse en dos categorías principales: sistemas dependientes de grúa, y sistemas independientes de grúa. La cimbra deslizante y la cimbra auto-elevable son clasificados como sistemas independientes de grúa en los que los paneles de cimbra se mueven verticalmente por otros mecanismos de transporte vertical.
8.1 Cimbra deslizante 8.1.1 Historia La historia de la cimbra deslizante puede remontarse hasta la década de 1920 y aún antes. A finales de los 20s, muchas estructuras de concreto fueron coladas usando un sistema de cimbra que se movía durante la colocación del concreto. En ese tiempo, las cimbras eran levantadas por gatos mecánicos de tornillo y yugos de madera construidos en obra. Los trabajadores jalaban cuerdas que levantaban las cimbras. Las primeras aplicaciones de la cimbra deslizante se limitaban a bunkers de almacenaje y silos con un espesor constante en toda la altura del muro. Desde finales de los 50s, la construcción con cimbra deslizante ha recorrido un largo camino; la locomoción es realizada por gatos que suben sobre barras lisas de acero o tubos anclados en la base de la estructura, y el sistema ha sido empleado exitosa y económicamente en situaciones en que se requiere discontinuidad de sección. Como resultado, la lista de aplicaciones recientes se ha extendido hasta incluir núcleos de torres, pilas de puentes, torres de enfriamiento de plantas de energía, fustes de chimeneas, y patas de plataformas petroleras.
8.1.2 Prácticas de construcción La mayoría de los contratistas que usan cimbras deslizantes no son propietarios del equipo de cimbra deslizante. Un contratista general que encuentra factible el uso de cimbras deslizantes tiene tres opciones: 1.
Diseñar, construir, y operar el conjunto de la cimbra deslizante. Esto requiere la ayuda de consultores expertos que ayudarán en cada paso del proyecto.
2.
Subcontratar el trabajo con un subcontratista especializado en cimbra deslizante.
3.
Comprar o rentar el sistema de cimbra totalmente diseñado y fabricado, listo para erigirse en el sitio y a ser operado por el propio personal del contratista. El costo de rentar equipo de cimbra deslizante se basa en pies lineales (o metros) de desli zado. la capacidad, y la calidad del equipo. Los gatos y las barras de gatos se utilizan en forma rentada, pero normalmente las cimbras no están disponibles en renta.
Awad S. Hanna
135
;:1
1mcyc Capítulo 8
8.1.3 Operación de la cimbra deslizante La construcción de cimbra deslizante es un proceso de extrusión en el que la cimbra, de 3.5 a 6 pies (1.07 a 1.83 m) de alto, es el molde y est~ siendo elevada constantemente. El concreto fresco es colocado o bombeado dentro de las cimbras. Después de dos o tres horas, el concreto alcanza el fraguado inicial y pierde su plasticidad y comienza a sostener al nuevo concreto fresco colocado sobre él. El ritmo de movimiento de las cimbras es controlado y corresponde con el fraguado inicial del concreto de manera que las cimbras dejan al concreto después de que está suficientemente fuerte para conservar su forma, al mismo tiempo que sostiene su propio peso. Las cimbras se mueven hacia arriba por medio de gatos que trepan sobre barras lisas de acero empotradas en el concreto endurecido y ancladas a la base de cimentación del concreto. Estos gatos pueden ser hidráulicos, eléctricos, o neumáticos y operan a velocidades de hasta 24 pulg./h (609.6 mm/h). La Figura 8.1 muestra un sistema de cimbra deslizante sostenido por barras para gatos. Los yugos son marcos que se utilizan para resistir las cargas laterales y transferir las cargas verticales a las barras del gato. Los trabajadores vibran continuamente el concreto para evitar cualquier formación de huecos. Una plataforma superior de trabajo es adosada a la cimbra interior y se desliza hacia arriba con ella para proporcionar un lugar en que los trabajadores puedan colocar el concreto y fabricar el refuerzo de acero. Una plataforma inferior de trabajo es suspendida de la dmbra exterior para permitir a los trabajadores aplicar un compuesto de curado y reparar cualquier formación de huecos que pueda aparecer.
Platafonna e:-..1erior de ménsula
Ménsula de acero Travesaños de cimbra Cimbra----?.~-+1--1
Andamio colgante interior
Figura 8.1 Sistema de cimbra deslizante. (Cortesía de Gleibau Salzburg)
136
Sistemas de Cimbras
fl
1mcyc Sistemas de cimbra vertical
La instalación de la cimbra deslizante comienza por la colocación de las barras del gato en la cimentación. Una malla de viguetas de acero se construye y es sostenida por estas barras de gato. Desde esta malla de viguetas de acero, son colocados y soportados el sistema de forros y cubiertas. Este proceso de instalación toma de 3 a 5 semanas.
8.1.4 Componentes de la cimbra deslizante La mayoría de las operaciones de cimbra deslizante incluyen los componentes siguientes:
Gatos Las cimbras se mueven hacia arriba por medio de gatos. Los gatos de cimbra deslizante tienen una variedad de capacidades: 3 toneladas (2.7 Mg), 6 toneladas (5.4 Mg), 15 toneladas (13.6 Mg), 20 toneladas (18.1Mg),y22 toneladas (20.0 Mg). Los gatos se colocan de manera que reciban aproximadamente la misma carga, de manera que no se desplomen las cimbras. El número de gatos que se utilizan es controlado por sus capacidades de carga. Puede haber menos gatos de mayor capacidad, o más gatos de menor capacidad. Los gatos de menor capacidad tienen la ventaja de distribuir la carga sobre más soportes, reduciendo así los requisitos de resistencia para las cimbras y los yugos. Por otra parte, el menor intervalo entre gatos hace más difícil colocar la varilla de refuerzo, los insertos, y las aberturas. Dependiendo del tamaño del gato y la carga de cubierta, los intervalos entre gatos varían entre 4 pies ( 1.2 m) y 9 pies (2. 7 m). Si se usan gatos de alta capacidad y yugos especialmente diseñados, el intervalo entre gatos puede incrementarse sustancialmente. Los gatos tienen incorporado individualmente un dispositivo de auto-nivelado. En la mayoría de los casos, conservar los gatos a nivel dentro de Yi pulg. (12.7 mm) es satisfactorio. Los gatos son neumáticos, eléctricos, o hid . . áulicos. Los gatos hidráulicos son relativamente ligeros y compactos, fáciles de instalar, y muy confiables en casi todas las condiciones. Los gatos neumáticos operan muy parecido a los gatos hidráulicos con excepción de que usan aire en lugar de aceite. Son considerablemente más grandes en diámetro y tienen una tendencia a funcionar mal en clima frío. Los gatos eléctricos también tienen la ventaja de ser auto-nivelables automáticamente, ya que son activados por un sistema de nivel de agua que corre a través de todos los gatos con el nivel de agua controlado desde un punto de control. Cada gato tiene su propio motor eléctrico que opera un brazo eléctrico adosado al sistema de pinza. Los gatos eléctricos son mayores que los hidráulicos y requieren conexiones eléctricas y de agua así como depósitos individuales de aceite.
Barras de gato Las barras de gato que se usan en las operaciones de cimbra deslizante son generalmente tubos de% pulg. ( 19.05 mm), barras sólidas de 1 'l4 pulg. (31.75 mm), o tubo de 2 Yi pulg. (63.50 mm), dependiendo de la capacidad de diseño. Estas barras son comúnmente de 1Oa20 pies (3.05 a 6. lm) de largo con sus extremos roscados para reci .. bir una junta que conecta una barra de gato o tubo con el siguiente. Las barras de gato pueden dejarse en las cimbras y utilizarse como refuerzo. Las barras son colocadas dentro de las cimbras y. se evita que se pandeen mediante el mismo concreto que ya se ha endurecido. Puesto que las barras de gato dependen del concreto para su estabilidad, es necesario soportar las barras contra el pandeo cuando están fuera del concreto, como cuando las barras pasan a través de una abertura de puerta o ventana. Como resultado, y siempre que sea posible, las barras de gato deben colocarse evitando cualesquiera aberturas repetidas de muro. Awad S. Hanna
137
<í
1mcyc Capitulo 8
Forros Las cimbras deslizantes- consisten en un forro (cimbra) interior y exterior, de 3.5 a 6 pies (1.07 a 1.83 m) de alto, usando madera de 1 pulg. (25.4 mm) de espesor. Las cimbras_pueden ser fabricadas de madera o de acero. El forro no se fija al piso; sino que es suspendido ya sea por varios dispositivos de levantamiento apoyados en barras metálicas, o de otros miembros que descansan en la cimentación o en el concreto endurecido, por medio de yugos metálicos o de madera (marcos). Una vez que la cimbra ha sido llenada con concreto fresco y ha comenzado el endurecimiento, la cimbra es levantada graduallmente por los dispositivos de levantamiento de los que está suspendida.
Yugos Los yugos son hechos generalmente de acero o de madera. La función de los yugos es la de transferir todas las cargas de cubiertas y de andamios a los gatos y a las barras de gato.
Plataforma de la cimbra (Cubierta de trabajo) Una cubierta de trabajo (plataforma de la cimbra) es adosada a la cimbra y se deliza hacia arriba junto con ella para proporcionar un lugar desde el que los trabajadores puedan colocar concreto y armar el refuerzo de acero. Otras funciones de la cubierta de trabajo incluye"n: 1.
Colocación y vibración del concreto
2.
Colocación de varilla de refuerzo horizontal y vertical
3.
Colocación de ranuras y anclas de dovela para losa (si se tienen) para conexión con el núcleo
Andamio de acabado Un andamio colgante inferior es suspendido de la cimbra exterior para permitir a los trabajadores aplicar un compuesto de curado y reparar cualesquiera huecos que puedan aparecer. El andamio de acabado también puede usarse para el desprendimiento de las cimbras para aberturas, ranuras, y dovelas.
8.1.5 Métodos y técnicas en la operación de la cimbra deslizante - Método de colocación El concreto es comúnmente elevado por medio de grúas, plumas montadas en plataformas, o bombeado. Tolvas receptoras en la plataforma toman el concreto, de donde es distribuido a las distintas ubicaciones en las cimbras por medio de carretillas inanuales. Los patrones de tránsito deben ser planeados para permitir un acceso fácil del concreto y para el almacenaje de varilla de refuerzo, insertos, y aberturas. El concreto es generalmente colocado en capas de 2 a 12 pulg. (50.8 a 304.8 mm), siendo las capas de 12 pulg. (304.8 mm) las más deseables. El ritmo lento de colocación de capas de 2 ó 3 pulg. (50.8 a 76.2 mm)'se utiliza cuando hay un retraso en el proceso y el concreto no puede tener juntas frías (silos, depósitos, y torres de enfriamiento).
Vibración La vibración del concreto es muy importante para la calidad del mismo. Se utilizan generalmente·vibradores de una pulg. (25.4 mm) de diámetro a menos que el muro que se esté colando sea muy grueso, en cuyo caso pueden usarse vibradores grandes de hasta 3 pulg. (76.2 mm) de diametro. La vibración del concreto debe penetrar solo la capa superior. La vibración profunda del concreto podría causar una caída del concreto por abajo de la cimbra: 138
Sistemas dt: Cimbras
;:I
1mcyc Sistt:mas de cimbra vt:rtical
Debe tenerse cuidado en vibrar cada sección del concreto. Los huecos de panal en el concreto son el resultado de un esfuerzo fallido de vibración ..
Temperatura y mezclado del concreto La temperatura del ambiente, la velocidad de levantamiento de la cimbra deslizante, y las condiciones en las cuales el concreto ha de ser colocado, se encuentran entre varios factores que deben tomarse en cuenta cuando se seleccione el tipo y proporción del cemento en la mezcla del concreto. El cemento Portland normal Tipo 1 es recomendado en casi todas las instancias. El cemento modificado Tipo II se utiliza para trabajo bajo tierra y en colados de concreto masivo. El cemento Tipo 111 de alta resistencia inicial debe usarse solamente en temperaturas extremadamente frías. La resistencia de diseño para mezcla de concreto de cimbra deslizante debe ser entre 3000 2 2 y 4500 1b/pulg (2.11 a 3 .16 kg/mm ). El contenido de cemento debe ser entre 6 y 7 1/2 sacos por yarda cúbica (7.8 y 9.8 sacos por metro cúbico) de concreto en verano y entre 7 y 8 sacos por yarda cúbica (9.2 y 10.5 sacos por metro cúbico) en construcciones durante el invierno. Abajo de estas proporciones, se favorecería rayado, huecos de panal. y juntas frías debido a la rigidez de la mezcla. Un alto contenido de cemento puede generar calor excesivo. haciendo al concreto difícil de colocar, atrapando aire, e incrementando el esfuerzo por temperatura en el concreto que esta fraguado. Para una buena colocación del concreto se recomienda que el revenimiento de la mezcla sea de aproximadamente 4 pulg. ( 1O1.6 mm). La temperatura es probablemente el factor más importante en una buena colocación de concreto y el menos enfatizado. Otros factores que contribuyen a la calidad del concreto incluyen buena selección de la graduación del tamaño del agregado y el uso de retardantes o acelerantes para controlar el ritmo del fraguado del concreto.
Velocidad de la operación La velocidad promedio a la que será manejada la cimbra deslizante debe decidirse con base en ·la mezcla de concreto. en las mismas cimbras, en las capacidades de almacenaje, y en el equipo para elevar a los trabajadores y los materiales. Esta consideración incluirá a menudo decisiones en cuanto al uso de aditivos para el concreto, calefacción. uso de hielo. sellado de las cimbras, confinamientos, etc. etc. 3
3
El concreto es generalmente bombeado a las cimbras a un ritmo de 18 a 20 yd /h ( 16.4 a 18.3 m /h). Las cimbras normalmente se elevan a un ritmo de 9 a 12 pulg/h (228 a 305 mm/h) y pueden alcanzar un ritmo de 20 pulg./h (508 mm/h). A este ritmo se está colando aproximadamente un piso por día.
Aditivos Los aditivos pueden agregarse al concreto para acelerar o retardar el proceso de hidratación del concreto. Estos deben utilizarse solamente cuando así lo indican las especificaciones o por solicitud o aprobación del responsai !e o su representante de campo. Se debe tener precisión en el agregado de aditivos porque si no se controlan cuidadosamente. los efectos laterales pueden ser signi~cativos al aumentar las dosis. Los ad.itivos no deben utilizarse en lugar de controles de temperatura. El calentamiento o enfriamiento de los materiales es efectivo y no involucra ninguno de los riesgos asociados con control químico. Sustituir hielo por agua en la mezcla es el mejor método para enfriar el concreto y es altamente recomendable. El calentamiento del concreto se hace generalmente colocando tubos de vapor cerca de las cimbras o colocando calefactores eléctricos o de gas cerca de las cimbras. Awad S. Hanna
139
'
1mcyc Capitulo 8
No se recomienda usar ceniza volante en la mezcla de concreto debido a su tendencia de adherirse a las cimbras.
Curado/Acabado El curado y el acabado son ideales después de que el concreto se aleja de la parte inferior de las cimbras. Normalmente, se aplica un acabado con llana y cepillo, pero otros medios de aplicar los acabados se están usando rápidamente. Rrincipalmente un acabado de tipo de rociado. El curado del concreto se hacía rociando al concreto mecánicamente con agua, pero este proceso deja marcas, áreas sin mojar, y crea condiciones excesivas de agua en la base de la estructura. El uso de membranas de curado o la aplicación de compuestos asperiados por un trabajador, es actualmente una forma más popular de curar el concreto.
Varillas de refuerzo La colocación de varillas de refuerzo en la construcción con cimbras deslizantes es una tarea difícil y debe ser planeada muy cuidadosamente. La necesidad de una planeación cuidadosa de la colocación de varilla de refuerzo se debe la que las vigas de los yugos del gato se mueven hacia arriba, y el acero horizontal de refuerzo es estacionario; la varilla de refuerzo horizontal debe ensartarse a través de los yugos, y el tiempo entre colados del concreto es corto. Como resultado, el refuerzo debe estar en la obra con buena anticipación al colado, ya que un retrazo en la varilla de refuerzo y en consecuencia detener la cimbra deslizante podrían ser muy costosos.
Cimbrado de aberturas, proyecciones y remetimientos Aberturas. pasos de puertas, y duetos se cimbran retirando secciones enteras del forro. De la misma manera. ranuras. placas de anclaje, e insertos roscados tienen que colocarse en las cimbras mientras el concreto está siendo colado. La colocación vertical de estos elementos es medida por el uso de barras marcadoras. Estas barras están separadas de las barras de gato y de las varillas de refuerzo, pero son colocadas en el concreto al inicio del deslizado. Se utilizan para marcar el avance vertical de la ob.ra e indicar cuándo colocar algún tipo de insertos o cajas huecas. La colocación horizontal de estas cajas huecas e insertos se indican en el forro interior de las mis.., mas cimbras. Se utilizan cintas de diferentes colores para indicar el centro de los diferentes tipos de cajas huecas e insertos. Estas cajas huecas e insertos son amarrado~ a la varilla de refuerzo con alambre No. 9 para evitar su movimiento dentro de las cimbras. Cuando las cajas huecas han de colocarse donde se encuentran barras de gato, las barras deben ser sujetadas adecuadamente contra pandeo. Las cajas huecas repetidas son un factor importante de diseño en la colocación de las barras de gatos.
Reducción del espesor del muro En estructuras altas, es necesario reducir el espesor del muro periódicamente para disminuir el peso de la estructura y para aho1Tar en el volumen de concreto. Cuando quiera que se necesite una reducción en el espesor del muro, se coloca un tablero en el interior de las cimbras reduciendo así el espesor del muro. Cuando la reducción es solamente en un lado del muro. los gatos no estarán en el centro de las cimbras y la tracción sobre los yugos debe ser equilibrada.
Nivelado Uno de los mayores problemas con la construcción de cimbra deslizante es el conservar las cimbras a plomo y a nivel. La forma básica y a menudo olvidada de evitar el mal alineamiento es un contraventeo adecuado. Todas las 140
Sistemas de Cimbras
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1mcyc Sistemas dt: cimbra vertical
cimbras. plataformas. y equipo de gatos debe ser sujetado seguramente a la malla de izamiento. Igualmente. la colocación de gatos es importante para asegurar que las cimbras sean elevadas de una manera uniforme. Un sistema de provisión de agua con un depósito centralizado y tubos de extremo abierto en varios yugos en el sistema. y con grandes plomadas suspendidas por alambre de piano. se usan comúnmente para revisar si el edificio está a plomo y a nivel. Más recientemente, se están utilizando lásers verticales colocados en dos o tres esquinas del edificio. Asimismo. se utilizan tránsitos o teodolitos para revisar el alineamiento. Si el edificio se sale de plomo suficientemente como para requerir realineamiento, éste se logra elevando con gatos un lado de las cimbras hasta ponerlo a plomo.
Tolerancias Las tolerancias deben ser las máximas que permitan los requisitos de diseño y de estética. Las tolerancias muy estrictas son costosas y deben especificarse solamente cuando sea necesario. Las tolerancias especificadas pueden ser normalmente no menores a las siguientes: •
Variación de plomo en cualquier dirección: 1 pulg. (25.4 mm) en cualesquiera 50 pies ( 15.2 m) 2 a 3 pulg. (50 . 8 a 76.2 mm) en la altura total del edificio
•
Variación de nivel: 1 pulg. (25.4 mm)
•
Variación en espesor de muro -Y4 pulg. (-6.35 mm) + Y2 pulg. (+ 12.70 mm)
•
Relación de superficies críticas una con otra: 1 pulg. (25.4 mm)
•
Colocación vertical de cajas huecas, insertos, y placas: 2 pulg. (50.8 mm)
•
Colocación horizontal de cajas huecas, insertos, y placas: Y!._J)ulg. (12.7 mm)
Descenso de la cimbra deslizante El procedimiento para descender la cimbra deslizante una vez que se termina el colado toma de 2 a 4 semanas. Las cimbras son usualmente atornilladas directamente a los muros, y después las cubiertas y el forro son retirados y descendidos con grúa.
8.1.6 Consideraciones económicas en el uso de cimbra deslizante Hay muchos factores que deben considerarse cuando se decide usar cimbras deslizantes. El ·edificio tiene que ser diseñado para cimbras deslizantes, o para un sistema de cimbrado similar. como cimbra de salto. El núcleo debe ser repetitivo en todos los pisos y simple en el diseño. La cimbra deslizante no es económica para edificios de meAwad S. Hanna
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1mcyc Capítulo 8
nos de 250 a 300 pies (76.2 a 91.4 m) de altura de núcleo, porque el alto costo fijo inicial de instalación y descenso no es comparable con el bajo costo de cimbrado para alturas relativamente pequeñas. El costo de cimbra deslizante en el concreto es muy sensible a la sección transversal del edificio, altura, acero p01 yarda o metro de concreto, empotramientos, cantidad de concreto por pie o metro de altura, políticas de mano de obra. clima. etc. etc. Obviamente, el costo del cimbrado permanecerá igual independientemente de si la estructura deslizada es de 50 ó de 500 pies ( 15.2 ó 152.4 m) de alto o si los muros son de 6 o de 26 pulg. ( 152.4 o 660.4 mm) de espesor. Las aberturas en el muro no sólo son costosas para cimbrar, sino que retrasan el deslizado. incrementando así proporcionalmente el costo por volumen del concreto. Igualmente. una cuadrilla básica de aproximadamente 1O trabajadores es requerido ya sea para 1Oó20 yardas cúbicas (7.6 ó 15.3 m 3 ) de concreto colocados por hora. Demasiado acero, además del alto costo de colocarlo, crea un ritmo reducido de deslizado y por lo tanto. un mayor costo del concreto. Si el clima es frío, el concreto fraguará más lentamente, el ritmo de deslizamiento disminuirá, y €1 costo por yarda cúbica o metro cúbico de concreto también se incrementará. U na decisión con respecto a la economía de usar cimbra deslizante en una estructura debe basarse no sólo en el costo por yarda o metro cúbico de concreto. sino también en el ahorro de costos que puede obtenerse al disminuir el tiempo de construcción. Hay muchos errores costosos que pueden retrasar el proceso·~~ deslizado, haciendo al sistema no económico. El defecto de agujeros en forma de panal ocurre frecuentemente. Esto se debe en general a mala vibración del concreto. La errónea colocación de insertos y placas, o si los muros están muy desplomados, puede llevar a regresar y destruir secciones de muro, o al rediseño del acero. Uno de los errores más costosos que pueden suceder es cuando el concreto fragua y se pega en las cimbras, haciendo imposible mover las cimbras. Esto ocurre cuando la mezcla de concreto no es la adecuada, o cuando el ritmo de izamiento de las cimbras es disminuido por alguna razón. Si esto sucede, la obra total es detenida y el concreto fraguado es retirado de las cimbras. Muchas veces todo el forro tiene que ser sustituido. Cuando esto ocurre en una obra, generalmente se retrasa el programa de trabajos de 4 a 6 semanas. haciendo al cimbrado deslizante una aventura desventajosa. Igualmente, la naturaleza misma del cimbrado deslizante requiere personal y un superintendente más experimentados, ya que el proceso es más difícil de controlar. Debido al diseño complejo del núcleo de la cimbra deslizante. los cambios en diseño no son fácilmente perdonables. Una vez que se comienza el deslizado, si·se requiere un cambio en el diseño, aún si el cambio es en la parte superior del edificio, el proceso de deslizado tiene que ser detenido con el fin de tener tiempo para el re-diseño.
8.2 Sistema de cimbra auto-elevable 8.2.1 Cimbra auto-elevable En la última década. las cimbras auto-elevables se han vuelto más populares en la construcción que involucra cimbra vertical repetitiva. Su popularidad puede atribuirse al hecho de que se elevan por si mismas. sin ayuda de grúa. en secuencia con las operaciones de colado. Este sistema independiente de grúa es muy eficiente en sitios congestionados. Por lo tanto. los costos de grúa y el tiempo de construcción se reducen. Además, el acabado del concreto resultante del uso de cimbras auto-elevables es de mayor calidad que el producido por las cimbras deslizantes. !42
Sist<:mas de Cimbras
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1mcyc Sistemas de cimbra vertical
Las cimbras auto-elevables no se han limitado a la construcción de muros exteriores de edificios. También se han usado para construir columnas de edificios. fachadas de presas. contenedores de reactores nucleares, torres de enfriamiento. pilares de puentes y núcleos de elevadores. Por medio de recubrimientos especiales adosados a la cimbra. un amplio rango de diferentes acabados o texturas arquitectónicas pueden obtenerse.
8.2.2 Componentes de la cimbra auto-elcvable Los componentes de la cimbra auto-elevable pucd 1~n adaptarse, para cumplir con las diferentes cargas y geometría de las diferentes estructuras. Independienkmente del sistema, existen similitudes básicas.
Las torres de elevación Las torres de elevación o marcos son usualmente de dos o tres pisos de altura, en las que los soportes inferiores de la torre son anclados al colado previo de concreto. Adosados a la torre de elevación se hallan gatos hidráulicos que trasladan el sistema de cimbra al siguiente nivel. levantando todas las cimbras y áreas de plataformas. (Ver la Figura 8.2) ..
Cimbras Los paneles de cimbra. llamados a menudo paneles agrupados de cimbra. se hacen con marcos de aluminio y grandes hojas de triplay para obtener un acabado liso. Los paneles de cimbra se anclan al concreto inferior previamente colado. Para un acabado arquitectór:ico. pueden usarse recubrimientos para cimbra. Debe notarse que la ventaja de usar cimbras auto-elevables sobre las cimbras deslizantes es su capacidad de producir concreto arquitectónico usando recubrimientos.
Gatos Los gatos de elevación son generalmente jalados hacia arriba ya sea por energía hidráulica, neumática o eléctrica. Cada tipo tiene sus ventajas y desventajas, dependiendo de las condiciones del sitio. cargas de diseño, y la preferencia del diseñador. El diseñador debe ubicar los gatos elevadores en puntos adecuados en la retícula de manera que las cargas sean distribuidas adecuadamente en el sistema. Los gatos son capaces de soportar cargas pesadas; como resultado. se necesitan relativamente pocos. Igualmente, cada gato es auto-contenido, permitiendo un control individual de cada elevación y también reduciendo la cantidad de mangueras hidráulicas o cables eléctricos necesarios.
Gatos de descimbrado Los sistemas de cimbras auto-elevables tienen diferentes métodos de retirar las cimbras. El sistema indicado en la Figura 8.2 usa un sistema de rodillo en el que la cimbra es montada en un carro que permite que sea desprendida. separada y después trasladada al nivel siguiente. Otro tipo de cimbra auto-elev~ble utiliza gatos de descimbrado para retirar las cimbras del concreto terminado y también para alejar el elevador de la cimbra del concreto, permitiéndole moverse a la siguiente ubicación de anclaje por medio de los gatos de elevación. Los gatos de descimbrado son entonces puestos en reversa, llevando tanto a la cimbra como al elevador de cimbra a la ubicación de anclaje. (Ver la Figura 8.2). Awad S Hanna
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1mcyc Capitulo 8
Uatos di! l!kvación
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Figura 8.2 Componentes de la cimbra auto-elevable. (Cortesía de Patent Scaffolding Co.)
Plataforma de trabajo Las plataformas de trabajo se ubican en todos los sistemas auto-elevables. Permiten a los trabajadores un espacio confortable y eficiente para armar el acero y colocar el concreto, y para atornillar y desatornillar cimbras en diferentes alturas. La instalación de barandas de protección y topes de pie proporcionan mayor seguridad en grandes alturas. lo que puede contribuir a la productividad del trabajador. Todas las plataformas viajan con las .cimbras. eliminando así la necesidad de desmantelar y re-ensamblar la plataforma para cada ciclo de trabajo. (Ver una ilustración de plataforma en la Figura 8.2).
Ménsulas de apoyo Las ménsulas de apoyo son adosadas a la parte baja de la cimbra interior y a la parte baja del gato de elevación. Después son ancladas a la estructura del concreto reforzado (ver Figura 8.2). Cuando se eleva ya sea la cimbra o Sistemas de Cimbras
ti
1mcyc Sistemas de cimbra vertical
la torre de elevación, las ménsulas de soporte son desprendidas de la estructura, permitiendo su traslado al siguiente nivel para ser anclado.
8.2.3 Ciclo típico de trabajo Antes de que comience el ciclo de trabajo, el diseñador de la cimbra debe determinar las necesidades específicas de la estructura. de manera que el diseño, los planos de trabajo, y otros requisitos convencionales del ~iseño de la cimbra sean completados. A la entrega del sistema de cimbra, un grupo de trabajadores de seis a diez puede comenzar el ciclo típico de trabajo.
Mu ro de inicio Las cimbras auto-elevables pueden colocarse inicialmente sobre la losa de cimentación, pero el proceso funciona mejor cuando se ha colado inicialmente un muro de inicio que toma la forma del muro. El muro de inicio debe set de 6 pies ( 1.83 m) dé alto y tener todo el anclaje necesario en su lugar, listo para sostener las cimbras y gatos para el siguiente nivel de colado.
Segundo colado Antes de comenzar el segundo colado, las anclas necesarias deben estar en su lugar y el primer colado debe tener suficiente resistencia. Las grúas de torre se usan para ensamblar y colocar el sistema de cimbra en el muro de inicio.
Colocación de la cimbra y del gato La cimbra interior y los gatos de elevación son sujetados a las anclas cuando el primer colado ha obtenido resistencia suficiente. Una vez que la cimbra interior está en su lugar. la cimbra exterior es enrollada en el sistema de trole. permitiendo la limpieza y aceitado de las cimbras, la instalación de plantillas de textura, el refuerzo de acero. los empotramientos, y las cajas huecas. Las cimbras exteriores son entonces rodadas a su posición, permi-: tiendo la instalación de amarres cónicos.
Colocación del concreto Una vez que las cimbras y tensores han sido inspeccionados y aceitados, las cimbras están listas para recibir el concreto. Se debe alcanzar una resistencia mínima del concreto, usualmente comprobable por medio de cilindros para pruebas de resistencia, antes de que las cimbras puedan ser elevadas.
Descimbrado Una vez que el concreto en el segundo colado ha alcanzado resistencia suficiente, los tensores y otros elementos empotrados son retirados. Las cimbras exteriores son así rodadas en las poleas montadas. Las cimbras interiores que son adosadas a la viga de la parrilla superior, permiten un pequeño movimiento y son liberadas en ese momento.
Los anclajes de soporte de la cimbra en la parte inferior también son liberados en este momento, dejando al sistema apoyado en los gatos y los anclajes de soporte del gato. Awad S. Hanna
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1mcyc Capitulo 8
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Figura 8.3 Ciclo típico de trabajo.
Tercer colado El sistema está listo para ser elevado al siguiente nivel una vez que el sistema es apoyado en el gato y las anclas de soporte del gato. Un ciclo típico de trabajo puede verse en la Figura 8.3.
Levantamiento de la cimbra Por medio de una consola central, la cimbra entera es elevada por los gatos hidráulicos a la siguiente elevación. Se utilizan controles individuales de gato para realizar la graduación fina, nivelar la plataforma entera, y ajustar el plomo del núcleo. El limpiado y aceitado de la cimbra interior se lleva a cabo en este momento.
Colocación de la cimbra Los anclajes de apoyo de la cimbra son sujetados a las anclas instaladas en el concreto cerca de la parte superior del colado anterior. Con las cimbras exteriores separadas, puede procederse a la instalación de la varilla de refuerzo, los empotramientos, y las cajas huecas. Una vez completado esto, las cimbras exteriores son empujadas a su posición, y los tensores son instalados quedando todo listo para el siguiente colado. A menudo, el gato hidráulico permanece extendido y adosado al segundo colado inferior durante el colado del concr~to.
Colocación del gato Una vez que el concreto ha sido colado, El anclaje de soporte del gato es desprendido de las anclas del primer colado. y el gato es retraído. Después de retraerlo, el gato es re-sujetado a las anclas del colado superior.
Descimbrado Una vez que el concreto ha obtenido resistencia suficiente, el proceso de descimbrado se lleva a cabo de nuevo. 146
Sistemas de Cimbras
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1mcyc Sistemas d1.: cimbra vt:rtical
Descenso de la cimbra El ciclo de trabajo se repite hasta que se alcanza la altura deseada. Cuando la cimbra llega a la parte superior del edificio es generalmente desensamblada en unidades y descendida con grúa torre, comenzando con el andamio de trabajo y las cimbras exteriores separadas. Los insertos de anclaje sostienen las cimbras interiores y los gatos, mientras que las ~vigas superiores y las plataformas son desensambladas y descendidas. Finalmente, las cimbras interiores y los gatos son desprendidos y descendidos.
8.2.4 Ventajas Costos El costo de cualquier sistema de cimbra es importante para controlar el costo del proyecto. El costo inicial de comprar o rentar un sistema de cimbra y el número de re-usos puede determinar el sistema a utilizar. Los costos iniciales para las cimbras auto-elevables están generalmente dentro del rango de $1 a $2 millones por equipo. Un equipo de cimbras es capaz de colar un piso entero cada dos o tres días. De este costo inicial, tres cuartas partes del mismo son para la compra de las cimbr?S, mientras que la cuarta parte restante se utiliza para rentar el equipo de elevado. Para hacer la compra y renta de estas cimbras factible, el proyecto debe tener un mínimo de 20 pisos. Generalmente un equipo de cim~ras puede re-usarse en un mínimo de 55 pisos con poca rehabilitación de las cimbras. El equipo de izamiento por otra parte puede usarse para tres o cuatro obras con solo el simple reemplazo de tornillos y tuercas antes de cada nuevo trabajo. Por lo tanto, con el número de re-usos tanto en las cimbras como en el equipo de izamiento, las cimbras auto-elevables pueden usarse de obra en obra con ahorros incrementados.
Tiempo de construcción La velocidad de la construcción ha obtenido una importancia creciente en la reducción del costo total de un proyecto de construcción. El método rápido y eficiente de descimbrado, elevado, y colocación de cimbra con cimbras auto-elevables ha incrementado el ritmo de construcción de núcleos de servicio y de elevadores. Las técnicas tradicionales de cimbrado toman de cuatro a cinco días para completar 30,000 pie2 (2800 m2) de piso, pero con cimbras auto-elevables sólo dos o tres días son necesarios para completar la misma superficie de piso. El descimbrado y elevación de las cimbras de un piso al siguiente toma generalmente de 20 a 30 minutos. Este eficiente método de cimbrado tiene como resultado una reducción del costo directo y esto es debido a las reducciones en el tiempo de construcción.
Mano de obra La mano de obra necesaria para el descimbrado, elevado, y colocación de las cimbras es reducida grandemente en comparación con los sistemas tradicionales de cimbra. Generalmente se necesitan de 1Oa 12 trabajadores en comparación con 20 ó más en cimbra convencional o cimbra trepadora. Las cuadrillas de trabajo se dividen en grupos de dos a tres trabajadores, a quienes se les asigna una tarea particular. Los trabajadores generalmente trabajan en el sentido del reloj alrededor del edificio con un grupo trabajando adelante de.los otros. Las cimbras auto-elevables son prefabricadas y permanecen conectadas hasta que la parte superior del edificio es alcanzada. Esto reduce las necesidades de ensamblar y desensamblar las cimbras desp~és de cada colado. :\\\ad S. l lanna
147
Capitulo 8
Con el uso de gatos hidráulicos integrados para levantar el sistema de cimbra, las necesidades de tiempo de grúa y operadores de la grúa son reducidas grandemente. las operaciones de la grúa sólo son necesarias para colocar inicialmente el sistema de cimbra y para desensamblar el sistema una vez que la cimbra se ha completado. Esto permite el uso de la grúa en otra parte del sitio de la obra, incrementando así la productividad en otra parte puesto que la grúa raramente es necesaria con las cimbras auto-elevables.
Versatilidad El sistema de cimbra auto-elevable tiene muchas características que lo hacen versátil en la industria de la construcción. •
Las cimbras pueden ser diseñadas para casi cualquier planta, forma y tamaño de estructura.
•
Las cimbras pueden ser fácilmente ajustadas durante la construcción para acomodar cambios en el espesor del muro.
•
La aplicación de recubrimientos de textura proporciona numerosos acabados arquitectónicos.
•
Las cimbras pueden ser re-utilizadas aproximadamente 50 veces ó más.
•
El sistema de cimbra es pre-ensamblado, por lo tanto no es necesaria un área de habilitado.
Calidad La calidad de las cimbras auto-elevables puede.atribuirse al hecho de que son pre-ensambladas con un sistema industrializado. Esto elimina la incertidumbre que a menudo acompaña al uso de equipo fabricado en la obra. Los ajustes de fábrica permiten a la cimbra ser ensamblada antes de que se le necesite, permitiendo la implementación de programas adecuados de control de calidad.
Seguridad La seguridad en el sitio de la construcción juega un papel importante en la productividad del proyecto. Debe iniciarse con la planeación y administración de un proyecto, continuando con el equipo y los trabajadores. Las cimbras auto-elevables tienen un número de características de seguridad. •
Las cimbras auto-elevables son pre-ensambladas en forma industrializada, lo que proporciona resistencias predecibles y aseguramiento de calidad en el sistema.
•
Las plataformas de trabajo en el sistema de cimbra incluyen barandas de protección y topes de pie, mejorando la seguridad y la productividad en grandes alturas.
•
Un factor de seguridad de 3 se utiliza generalmente cuado se
•
El no desmantelar cimbras entre colados resulta en menos accidentes al descimbrar.
•
La elevación de las cimbras es controlada completamente por los trabajadores en la cimbra, en lugar de por los operadores de grúa e inspectores de grúa a distancia. Por lo tanto, las cimbras auto-elevables pueden detenerse casi inmediatamente en caso de emergencia.
dis~ñan
los gatos hidráulicos.
8.2.5 Limitaciones Con el progreso de la tecnología en el campo de la construcción, las limitaciones de un sistema o técnica son reducidas a menudo. El resultado es una 1eficiencia incrementada en costo y tiempo, versatilidad, calidad, y seguri148
Sistemas <.k Cimbras
1mcyc
dad. Cada sistema de cimbra, incluyendo las cimbras auto-elevables tienen sus limitaciones y rango de utilización. •
Miembros experimentados del personal de manufactura para operar las cimbras son necesarios durante varias semanas para servicio en la obra y para capacitar a los trabajadores, lo que puede introducir costos adicionales.
•
El sitio de la obra debe ser muy accesible puesto que las cimbras son pre-ensambladas y pueden ser de gran tamaño.
•
Una forma precisa de muro debe construirse como muro de inicio, usando cimbra convencional de muro.
•
El costo inicial del sistema de cimbra auto-elevable es mucho mayor que el de otros sistemas de cimbra.
•
El sistema de cimbra es usado económicamente sólo para estructuras de 20 pisos de alto o mayores.
•
Los cambios en el tamaño del muro, y/o de localización durante la construcción son costosos y afectan el programa de obra.
:\wad S. 1-lanna
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1mcyc.
9 Criterios de selección para sistemas de cimbra vertical
9 .1
Factores que influyen en la selección de un sistema de cimbra vertical 153
9 .2 Elección del sistema adecuado de cimbra utilizando tablas comparativas 159
Awad S. Hanna
151
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1mcyc Criterios de selección
U na gran parte del costo de la estructura es el costo de cimbra para columnas y muros. Generalmente, la selección de un sistema de cimbra se hace por un miembro experto de la organización del contratista, o por un consultor de una compañía de cimbras. La decisión se basa fuertemente en la experiencia de ese individuo. Este capítulo presenta los criterios para seleccionar un sistema de cimbrado vertical para edificios. El capítulo termina presentando, una tabla para ayudar al contratista a seleccionar el sistema apropiado de cimbrado vertical para muros y columnas.
9.1 Factores que influyen en la selección de un sistema de cimbra vertical Las estructuras de soporte vertical tales como los núcleos de edificios de mucha altura, torres, o silos, son comúnmente una actividad crítica que controla él ritmo de avance del proyecto.En consecuencia, cuando se selecciona un sistema de cimbra para un núcleo, el tiempo es un factor crítico. Las duraciones que deben tomarse en cuenta son:. el movimiento de la cimbra d~ piso a piso, el e~samble original, el tiempo para colocar varilla de refuerzo e insertos ~entro de la cimbra, el tiempo de descimbrado, el tiempo de cerrado, y el desensamble final. Otros factores a considerar en la selección de la cimbra son la cantidad de mano de obra requerida para retirar, instalar, colar, y controlar el sistema; la cantidad de precisión necesaria en cuanto a tolerancias de plomado y de esquinas, facilidad de izado, y la intención del diseñador al desarrollar el sistema estructural. Otros métodos sustituyen la mano de obra con valioso tiempo de grúa. La decisión entre mano de obra o tiempo de grúa necesita un análisis financiero cuidadoso. Como se explicó en el capítulo 8, los sistemas independientes de grúa han sido desarrollados para no requerir tiempo de grúa y utilizan mano de obra considerablemente menor que otros sistemas. Sin embargo, estos siste.t:nas son generalmente patentados y requieren una inversión importante. Los requisitos de precisión hacen a algunos sistemas mejores que otros. En torres muy grandes. los núcleos deben permanecer muy a plomo debido a los requisitos de tolerancia de los elevadores. El cimbrado debe tener un método para permanecer a plomo y nivel.· Si la cimbra es movida pieza por pieza, cada pieza debe ser revisada para que esté.a plomo.y a nivel, lo que lleva a una gran cantidad de ingeniería de campo. La mayoría de los sistemas se vuelven cada vez más difíciles para conservar el plomo y nivel, ya que la colocación y el desmontado aflojan las esquinas y la cimbra se deteriora en general. Igualmente, las cargas de viento a grandes alturas tienden a deformar el sistema. El arquitecto generalmente no diseña un edificio con un sistema de cimbra en particular en mente. En algunos casos, tales como la cimbra deslizante, el diseño debe reflejar el método de cimbra. Sin embargo, generalmente se supone que el edificio va a ser cimbrado en forma convencional. Awad S. Hanna
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1mcyc Capítulo 9
Muchos otros factores que afectan la selección de sistemas de cimbra vertical para edificios son similares a aquellos factores que afectan la selección de sistemas de cimbra horizontal. Sin embargo, hay algunos factores que son particularmente importantes en la selección de sistemas de cimbra vertical. Entre ellos se encuentran: 1.
Factores relacionados con el diseño arquitectónico y estructural del edificio, incluyendo los sistemas resistentes a cargas laterales, forma del edificio, y tamaño,
2.
Factores relacionados con las especificaciones de la obra, incluyendo la apariencia del concreto y la velocidad de la con strucción.
3.
Factores relacionados con las condiciones locales, incluyendo las prácticas locales, las condiciones del clima, y las características del sitio.
4.
Factores relacionados con las organizaciones de apoyo, incluyendo capital disponible, equipo de izado, apoyo obra-oficina, y disponibilidad de terrenos o almacén local o regional.
Una perspectiva de todos los factores que afectan a la selección de sistemas de cimbra vertical se muestra en la Figura 5.1, incluyendo los factores que son críticos para la selección de los sistemas de cimbra tanto horizontal como vertical. Las siguientes secciones se enfocan a aquellos factores que están relacionados únicamente a la selección de sistemas de cimbra vertical.
9.1.1 Diseño del edificio: sistemas que soportan las cargas laterales Los edificios son clasificados como altos cuando su altura está entre dos y tres veces su ancho. Por ej_emplo, un edificio con una dimensión mínima de 50 pies ( 15.2 m) en planta, y una altura de 100 pies (30.5 m) o más, es considerado como un edificio alto. Una de las mayores características del diseño de edificios altos es la necesidad de resistir las fuerzas laterales debidas a vientos, sismos, y otras fuerzas horizontales. Como resultado, deben proveerse elementos estructurales especiales para resistir las fuerzas laterales y evitar o minimizar el desplazamiento lateral del edificio. En las siguientes secciones, y en la Figura 9 .1 y Tabla 9 .1, se presenta una breve descripción de los sistemas para resistir cargas laterales, junto con sus correspondientes limitaciones de altura.
Estructura Tipo 1 (Sistema de marco rígido) Los sistemas de marco rígido consisten en rectángulos de columnas verticales y trabes horizontales conectadas en el mismo plano. Debe notarse que un muro de carga es un caso especial de un sistema de marco rígido.
Estructura Tipo 11 (Muros de cortante) La formación de muro de cortante es una trabe delgada y esbelta verticalmente en voladizo para resistir fuerzas laterales. Puede tomar la forma de un rectángulo o de un núcleo en forma de caja, que puede usarse para concentrar los sistemas de transporte vertical y distribución de energía (como escaleras, elevadores, sanitarios, duetos mecánicos).
Estructura Tipo 111 (Sistemas de marcos con muros) Este sistema consiste en una combinación de marcos que utilizan vigas y columnas con muros de cortante para resistir las cargas laterales. 154
Sistt:mas de Cimbras
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1mcyc Criterios de st:kcción
EEf 11 B Sistema de marco rígido (a)
Muros cortantes (b)
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Tubo-en-tubo (e) Figura 9.1 Sistema estructural resistente a cargas laterales.
Estructura Tipo IV (Marco de tubo) Este tubo es un sistema estructural en el que el perímetro del edificio, que consiste en soportes verticales cercanamente espaciados, conectados por vigas o elementos de contraventeo, actúa como un tubo gigante vertical internamente rigidizado.
Estructura tipo V (Sistemas de tubo-en-tubo) Este sistema es una combinación del muro de cortante y marcos (estructura tipo III), que actúa como un tubo interior y la estructura de tubo (tipo IV) actúa como un tubo exterior estructura del piso liga a los tubos interior y exterior para permitirles actuar como una unidad para resistir cargas laterales.
Awad S. Hanna
155
11
1mcyc Capitulo 9
Tabla 9.1 Sistemas estructurales y altura de edificio. Sistema estructural
Altura óptima
Marco rígido Muro cortante Muros de cortante y marcos Marco en tubo estructural Tubo en tubo
Hasta 20 pisos Hasta 35 pisos Hasta 50 pisos Hasta 55 pisos Hasta 65 pisos
La Tabla 9.1 indica la altura óptima de cada sistema de soporte lateral. Debe hacerse notar que la Tabla 9.1 sirve solamente como una guía burda para determinar el sistema de soporte lateral adecuado para cada altura de edificio. El juicio, la experiencia, y la preferencia personal del diseñador, son factores importantes para elegir el sistema adecuado de soporte lateral.
9.1.2 Diseño del edificio: forma del edificio El arreglo estructural de un edificio puede ser uniforme "modular" o irregular. El diseño uniforme "modular" se caracteriza por el espaciamiento regular entre columnas y muros, alturas iguales de pisos, y espaciamiento regular de voladizos y aberturas. El diseño irregular se caracteriza.por posiciones irregulares de los diferentes elementos estructurales y líneas quebradas o curvas irregulares en las plantas arquitectónicas.
9.1.3 Especificaciones de la obra Los documentos del contrato siempre incluyen información acerca de la calidad del acabado del concreto y del tiempo necesario para terminar el proyecto. Una descripción de cómo puede afectar esta información la selección del sistema de cimbra se presenta a continuación.
Acabado del concreto La calidad de la superficie y la apariencia son siempre nombradas como el acabado del concreto. Las superficies de concreto pueden ser clasificadas como acabado áspero (acabado común), liso expuesto, recubierto (con un material de recubrimiento especial o pintado), o texturizado (con textura superficial arquitectónica y tratamiento). El acabado común del concreto muestra generalmente alguna irregularidad en las superficies y puede contener algunos defectos en la superficie del concreto. Un acabado-común de concreto se encuentra generalmente en edificios de concreto en donde la apariencia no es importante, tales como almacenes o silos. El acabado expuesto de concreto se caracteriza por superficies lisas y uniformes de concret9,. y po~iciones regulares de.tensores de la cimbra. Las superficies expuestas de co~creto se encuentran generalmente en columnas y en muros de carga. El concreto arquitectónico se prefiere en elementos verticales de concreto (columnas y muros). Como resultado, el acabado del concreto debe ser considerado como uno de los factores principales en la selección de un sistema de cimbra. El concreto arquitectónico requiere una selección cuidadosa del sistema de cimbra que in156
Sistemas de Cimbras
o
1mcyc
Critt:rios dt: sclt:cción
cluye recubrimientos de cimbra más rígidos, juntas más ajustadas, acabados más lisos, y más cuidado en la instalación de chaflanes y alineamientos.
Rapidez de la construcción La ventaja más importante de usar un sistema sofisticado de cimbra ~s la rapidez de la construcción.La rapidez de la construcción afecta los costos porque determina el tiempo en que el edificio estará disponible para su uso y también reduce los cargos financieros. Los factores más importantes que determinan la rapidez de la construcción son: Ciclo de piso. El ciclo de piso más rápido es siempre deseable para contratistas y propietarios. Para los contratistas, un ciclo más rápido de piso le permite terminar dentro del programa o antes, lo que reduce los costos indirectos. Para el propietario, el ciclo más rápido de piso reduce sus costos financieros de corto plazo y le permite la utilización temprana de la construcción. El uso de sistemas de cimbra vertical eficiente tales como la cimbra deslizante y la cimbra auto-elevable, permiten al contratista completar el colado de un piso cada dos o tres días. Igualmente, los sistemas de cimbra vertical controlan el ritmo de avance para el trabajo de concreto horizontal. Ritmo de colado. La velocidad a la que el concreto es colocado en cimbra vertical tiene la mayor influencia en la presión lateral que se impone sobre la cimbra. La presión lateral es incrementada por el aumento del ritmo de colado, hasta un límite igual a la presión hidrostática total. Ritmos más altos de colocación influyen en la dimensión, material, y patrón de tensores del sistema seleccionado. Secuencia de construcción. Los edificios altos generalmente tienen un núcleo interior para resistir las cargas laterales. Una alternativa es construir completamente el núcleo interior con el fin de crear un área "cerrada" para que comiencen otros frentes. Esta alternativa ha probado ser más rápida que construir y terminar piso por piso. Esto puede ser logrado utilizando cimbras deslizantes o cimbras auto-elevables.
9.1.4 Condiciones locales La naturaleza de la obra, !ncluyendo las condiciones locales, es uno de los factores primarios en la selección de cimbra. Algunos de los factores que deben considerarse se explican a continuación.
Prácticas locales Las prácticas locales tienen un importante impacto en el sistema seleccionado de cimbra. Esta influencia es evidente en las operaciones de-cimbra deslizante que son de mano de obra intensiva y generalmente sujeta a pagos de incentivos. Las investigaciones indican que las cimbras deslizantes son las que más prevalecen en el noreste, sureste, y en Hawai.
Condiciones del clima Los sistemas de cimbra vertical son sensibles a las condiciones del clima. Generalmente,_en sistemas verticales de cimbra, el concreto recientemente colado es soportado por el muro ya colado debajo de él. La se9ción inferior del muro debe ganar suficiente resistencia para sostener al concreto nuevo e~cima de él, El ritmo de ganancia de Awad S. Hanna
157
'
1mcyc Capítulo 9
resistencia para el muro inferior es afectado por la temperatura ambiente, contenido de humedad, y ciclos de congelamiento y descongelamiento. Otro factor que afecta la economía del sistema seleccionado es el efecto de detener el cimbrado y el colado del concreto debido a condiciones extremas de temperatura. Por ejemplo, en cimbra deslizante, el trabajo es generalmente continuo las 24 horas. con un requisito mínimo de personal de 50 a 75 trabajadores para un muro de cortante de mediana ditr.ensión. Si la cimbra deslizante se detiene debido a mal tiempo, el contratista debe pagar a los trabajadores por presentarse. más el costo de grúas inactivas y sus operadores. Como resultado. si se esperan condiciones sevetas del clima. algunos sistemas verticales de cimbra, como el de cimbras deslizantes. deben ser evitados.
Características del sitio Los sitios de construcción son clasificados generalmente en sitios restringidos en el área urbana, y sitios abiertos, suburbanos o de condiciones no restringidas. La cimbra agrupada y trepadora requieren buen servicio de grúa. Como resultado, es difícil usar estos sistemas de cimbra en sitios de condiciones restringidas. Por otra parte. las cimbras deslizante y auto-elevable son sistemas independientes de grúa y pueden ser usados en lugares con condiciones restringidas.
9.1.5 Organización de apoyo Como se indicó previamente en el Capítulo 5, la mayor parte de los sistemas de cimbra agrupado (como cimbra de salto. cimbra deslizante, y cimbrado auto-elevable ), requieren una inversión inicial alta y uso intensivo de grúí:~. Sin embargo. el re-uso altamente repetitivo puede hacer a estos sistemas económicamente competitivos. La dis¡1onibilidad de capital de inversión es una necesidad para utilizar estos sistemas.
Equipo de izamiento (grúas) Un factor importante que influye en la selección del sistema de cimbra es la disponibilidad de tiempo de grúa. El tiempo de grúa es definido como el tiempo en el que la grúa está comprometida en elevar y descender materiales y herramientas de construcción. En condiciones congestionadas del sitio en donde es difícil la instalación de más de una grúa. el tiempo limitado disponible de grúa para la erección de cimbra y cumplir la fecha de terminación del proyecto se convierte en un factor de importancia que puede llevar al diseñador de cimbra a elegir sistemas independientes de grúa. tales como las alternativas de cimbra auto-elevable o la cimbra deslizante (que no requieren tiempo de grúa).
Experiencia personal Cuando se decide usar una técnica de cimbra especial, el contratista tiene que evaluar su propia experiencia, que incluye experiencia en solución de problemas, y manejo de seguridad. Por ejemplo, en sistemas de cimbra vertical tales como la cimbra deslizante y las cimbras auto-elevables, los expertos tienen que encarar problemas espelos gatos de elevación, conservar las cimbras a ciales tales como fugas en el equipo hidráulico, el nivelado plomo dentro de las tolerancias especificadas, y colocación de insertos y aberturas aun bajo el rápido ritmo de colocación.
de
El manejo de seguridad es otra área de experiencia personal que debe disponerse para realizar una técnica de cimbra específica. Por ejemplo, la disponibilidad de experiencia en protección contra incendio es necesaria en 158
Sistemas de Cimbras
'
1mcyc Criterios de selección
cimbra deslizante para evitar un incendio a cientos de pies de altura, resultado del aceite flamable usado en los gatos hidráulicos. La disponibilidad de tal experiencia puede ser un factor que determine si una técnica especial de cimbra es o no usada.
9.2 Elección del sistema adecuado de cimbra usando tablas comparativas La Tabla 9.2 se presenta para ayudar al diseñador de cimbra/seleccionador, a elegir el sistema adecuado de cimbra vertical. Estas tablas muestran la relación entre los factores que influyen en la selección de sistemas de cimbra y los distintos sistemas de cimbra existentes para trabajo vertical de concreto. El usuario debe primero hacer una lista de todos los principales componentes conocidos del proyecto y después compararlos con las características indicadas en la tabla para cada sistema de cimbra. El mejor sistema de cimbrado puede así ser identificado cuando las características del proyecto coinciden con la mayoría de las características de un sistema en particular. Estas tablas también pueden usarse por arquitectos para hacer algunos ajustes menores en sus diseños para acomodar el uso de un sistema eficiente de cimbra.
9.2.1 Ejemplo de proyecto 2
2
El Centro Tabor es un edificio multi-usos de 1.3 millones de pie ( 120,000 m\ [20000 pies ( 1860 m 2) por piso], en el centro de Denver. Consiste en dos torres gemelas de 32 y 40 pisos. La estructura de la torre está compuesta de tres elementos: el muro exterior, el núcleo central, y el área de cubierta interior que liga a estos dos (tubo-entubo ). El núcleo es de acero estructural con un diafragma de concreto o muros diafragma hasta el piso 12 para resistir parte de la carga lateral. El área de cubierta también es de acero estructural con una lamina de metal y relleno de concreto. El muro exterior consiste en columnas espaciadas cercanamente (sistema de tubo). Un estudio mostró que el tiempo de grúa no es adecuado para el izamiento de cimbra y se utilizará solamente para el manejo de material y la colocación de concreto. Se requiere concreto arquitectónico para los muros exteriores. ,•
Sistema de selección por medio de tablas La Tabla 9 .2 se utilizó para seleccionar el sistema de cimbra para el "muro" exterior. La selección fue una cimbra auto-elevable por las siguientes razones: 1.
La cimbra auto-elevable es adecuada para edificios mayores de 25 pisos.
2.
Puede cumplir con los requisitos de concreto arquitectónico.
3.
La cimbra auto-elevable es un sistema independiente de grúa adecuado para condiciones restringidas del sitio.
Este caso de estudio fue extraído de un artículo titulado "Producción y calidad de la construcción en el concreto arquitectónico". Todo el artículo fue dedicado al problema de seleccionar el sistema de cimbra. El autor es un experto en seleccionar sistemas de cimbra y atribuyó su selección a las mismas razones indicadas anteriormente. En su artículo. explicó que el rentar o comprar otra grúa era imposible debido a las condiciones del sitio en "el centro de Denver". Tampoco era factible económicamente. Awad S. Harma
159
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1mcyc
Capítulo 9
Tabla 9.2 Factores que influyen en la selección de sistemas de cimbra vertical.
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Cimbra convencional columna/muro
a
Sistema de apoy
u lateral "'
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]'! "'o
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Cimbras agrupadas• sistema de cargas compartidas
Cimbra de salto
Muros de cortante. Muros de cortante. Muros de carga. Muros Marcos y muros de de retención cortante estructurados
Muros de cortante
Muros de cortante. Sistemas de tubo. Tubo en tubo
Hasta 350 pies
400 píes promedio. Mínimo registrado = 60 pies. Máximo rel!Ístrado = 600 píes
Por lo menos 300 pies. No máximo
Hasta 350 pies
Hasta 120 pies
Tamaño y ubicación de columna/muro
El sistema puede tener variación de dimensión y El sistema puede ubicación de columnas/muros tener variación moderada de dimensión y ubicación de columnas/muros
Los muros deben tener la misma ubicación, Puede acomodar variación de dimensión de muros
El sistema puede utilizar razonablemente un diseño modular
Aberturas/ insertos
El sistema puede tener aberturas/insertos de diferente dimensión y ubicación
Puede acomodar variación en dimensión y ubicación de aberturas a costo adicional
Debe ser lo mínimo, Demasiadas aberturas/insertos hacen imprádico a este sistema
El sistema puede tener variación moderada en dimensión de abertura v ubicación
Acabado de concreto
Acabado de conacto ..común"
Produce acabado liso aparente de conaeto. Patrón y número de amarres debe ser diseñado, Recubrimientos de cimbra pueden usarse para producir concreto arquitectónico
El sistema produce acabado de conaeto áspero, Sin amarres
Acabado liso de concreto. Pueden usarse recubrimiento de cimbra
Secuencia de construcción
Losas y muros son colocados concurrentemente
Losas y muros son colocados concurrentemente, Muro's pueden ser colocados antes que la losa de piso
El sistema se usa cuando no existe losa de piso
Generalmente los muros son colocados enteramente o por lo menos varios pisos (niveles) antes que el piso
Los muros son addante dd piso. Se usa otro método para los primeros 2-3 pisos
1 piso cada 3-4 días
1 piso cada 2-3 días
1 piso cada día. Ritmo de colocación = 8-20 pulg./hr.
1 piso cada 2-3 días
Más eficiente en áreas Mejor trabajo en de mano de obra de alta mano de obra de alto costo, baja calidad calidad, y bajo costo
El sistema es fiícil de aprender y adaptar, Laasrvade aprendizaje es muy
El sistema puede ser aprendido en 2-3 semanas
El sistema requiere supervisión de alta calidad
Clima caliente o frío afectan el ritmo de fraguado del concreto que disminuye el ritmo de colocación
En clima frio las cimbras deben protegerse y d concreto debe calentarse
o
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Cimbra·auto-de\·able
Altura del
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Cimbra deslizante
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Las aberturas/insertos deben ocurrir regularmente de piso a piso
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Tiempo del ciclo
Prácticas de la zona
1 piso /semana ,
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Clima
Un factor importante, muros deben tener IEn general no es un suficiente resistencia antes de descimbrarse lo !factor importante que es influido grandcmcnte por las condiciones del clima, Vientos fuertes limitan el movimiento de grúa
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Acceso al sitio
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Generalmente no es un factor para cimbras sud tas
¡; "O
::! u
Puede ser un factor importante si el sistema es preensamblado en un terreno
El sitio debe ser accesible, las cimbras pueden ser hasta de 16 pies de alto y 44 pies de ancho
El sistema debe tener Se requiere un acceso un acceso limitado para mínimo al sitio para entrega de material colocación de conaeto y entrega de varilla de refuerzo
Puede ser un factor importante si las cimbras tienen que ser construidas en el sitio
No es un factor importante, las cimbras son pre-ensambladas y descargadas directamente
No es un factor importante, el sistema puede usarse en sitios restringidos y pequeños
•t;
Dimensiones 1i t; a:
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u
160
del sito
No es un factor
Sistemas de Cimbras
Criterios de sch:cción
Tabla 9.2 Continuación.
:s::
Cimbra convencional colúmna/muro
Cimbras agrupadas• sistema de unión de cargas
Descimbrado a mano. Alto costo de descimbrado
La grúa es usada p•a descimbrar el sistema. Alto costo de descimbrado
a
Descimbrado
~
8
o
e
-o
·g ·e: g
Las cimbras son equipadas con mecanismo de descimbrado. Costo mínimo de descimbrado
Entre SO y 100 (entre 200 y 400 pies de alto)
Por lo menos 30 reusos deben poderse hacer verticalmente
Generalmente no es un Un factor importante, el sistema debe tener un factor espacio libre para moverse de piso a piso
Espacio libre mínimo debe existir para movimiento de grúa
No un factor importante, el sistema puede usarse en áreas restringidas urbanas
Tiempo de grúa
No es un factor, el sistema puede ser instalado a mano
Sistema dependiente de grúa, es necesario suficiente tiempo de grúa
El sistema sustancialmente reduce el tiempo de grúa Tiempo promedio de izado de grúa•20min
La grúa es usada solmnente para entrega de materiales y colocación de concreto
Sistema independiente de grúa
Sistema de operación
Sistema instalado a mano, la grúa incrementa la eficiencia del sistema y reduce costos
Sistema instalado por grúa La grúa sirve dos funciones: izamiento y sostái de cimbras
La grúa es usada sólo para levantar cimbras. La grúa no es usada para desmantelar cimbras
Locomoción es provista por gatos de ascenso eléctricos, neumáticos o hidráulicos sobre barras lisas de acero
El sistema es izado por elevadores hidráulicos, electricos o neumáticos
No se requieren medidas especiales de seguridad
Cuidado especial para el manejo de grandes unidades agrupadas por grúa
Medidas de Seguridad. Platafonna protegida Nadie debe estar en la cimbra durante la operación de grúa
Para sistemas hidráulicos, precauciones especiales de seguridad deben tomarse para evitar incendio varios cientos de pies sobre el terreno
No es un factor importante, pero el sistema es más eficiente si una instalación de campo existe
Un factor importante, el sistema debe tener área de reparaciones , o proveedor cercano
El sistema es rentado o comprado
Entrega continua de materiales es necesaria. Debe asegurarse colocación de concreto no interrumpida
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8.
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IG
Las cimbras son retiradas al final del proyecto. Costo mlnimo de dcscimbrad<1
Ubicación de edificio adyacente y obstrucción
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11 .,,·e Seguridad :s
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Entre IS y 30
Cimbra auto-clevable
Menos de 10
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.,,
Las cimbras cstm equipadas con mecanismo para descimbrado. Costo mínimo de descimbrado.
Cimbra deslizante
Re-uso
IG
u
Entre 40 y SO. Re-usos podriascr horizontalmente o verticalmente
Cimbra de salto
~
.... ...~. ~
~
Awad S. Harma
Terreno• proveedor o reparaciones
El sistema es pre-ensamblado. área de preparaciones no es un factor. El proveedor local debe estar disponible
161
o
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fj
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Sistemas de Cimbras
o
amcyc
Apéndice Ecuaciones para momento flexionante, cortante y deflexión (métricas)
Awad S. Harma
167
'
1mcyc
Ecuaciones para momento tlexionantc. cortante y detlexión (métricas)
Condiciones de apoyo Condiciones de diseiio Un claro
Dos claros
Tres o más claros
Flexión I
Madera
= 36.5 d( F,,b) 1000
·
1000
w
/ = 89.9 ( F;Sr 1000
/ = 40.7 d( F,br
/ = 36.5 d(F,br
;~
w
1000
_ JOO ( 1-~S 1 --)'' 1000\ w
I = 89.9 ( F;Sr
w
1000
w
, =2.83( F,,~sr
, =2.83( F.,~sr
I
Madera
1= 1.3 4 F..A + 2d 1000 w
I = LO? F..A + 2d 1000 w
I
Tri play
1=2.00F,lb/Q +2d w
Tri play
lf
= 3.16 (FKSr _h_
w
Cortante
/ = 526 ( Ehl r
Detlexión
1000
w
I
= l.60F,Ibl Q + 2d
= _!:!_!_ F,.A + 2d 1000 w
l
= l.67F,Ibl Q + 2d
w
w
I = 655 (Elll r
I = 617 ( Elll r
/ =_l_
I= 93.0(EI)' 1000 w
1000
w
1000
w
1 Si .1 = - 180
i= 75.J ( E/r
I . A S1 u = -
I = 68.5 ( E/r
I= 91.7 (E/r 1000 w
_84.7 1 - ( -E/r 1000 w
I = 59.8 ( E/r
I= 79.9(E/r
_ 73.8 1 - ( -E/r 1000 w
240
1
Si .1 = - 360
Compresión
1000
1000
1000
f,. ó f,.J.
w
w
w
1000
w
=~ p
Tensión
/,=-;¡
Notación: l
= longitud de claro, centro a centro de soportes (mm) =esfuerzo unitario pennisible en flexión (kPa) = capacidad de la sección de triplay en flexión (Nmm/m) Fe = esfuerzo unitario pennisible en compresión paralela a la fibra (kPa) Fe. = esfuerzo unitario pennisible en compresión perpendicular a la fibra (kPa) F,lb/Q = capacidad de la sección de triplay en cortante rodante (N/m) j",. = esfuerzo unitario pennisible en cortante horizontal (kPa) fc = esfuerzo unitario real en compresión paralela a la fibra (kPa) j"..l. = esfuerzo unitario real en compresión perpendicular a la fibra (kPa) f, =esfuerzo unitario real en tensión (kPa) A =área de sección (mm1J• E = módulo de elasticidad (kPa) I =momento de inercia (mmJJ• El =capacidad de rigidez del triplay (kPamm"'/m) P =fuerza aplicada (compresión o tensión) (N) S = módulo de sección (mml)* .6. = detlexión (mm) b = ancho del miembro (mm) d = peralte del miembro (mm) w =carga uniforme por pie de claro (kPa/m) * Para un miembro rectangular: A= bd, S = bd2/6, I = bd 3/l2 F,, F,,KS
l
Awad S. Hanna
169
~' 1mcyc
Indice ACI
Cimbra para muros
fórmula. 120
carga de diseño, 119
recomendaciones de carga, 60,61,64,65, 119
componentes, 119
reporte del Coniité, 33
convencional, 103-105
Aluminio cimbras de, 26,28 material, 16 Cimbra de acero. 14, 17, 82, 85, 86-87 Cimbra deslizante
ba~-ras de gato, 13 7 consideración económica en, 141-142 forros, 138 gatos. 137 historia. 135
Cimbra trepadora, 109 descripción, 109- H 5 limitaciones, 116 ventajas, 115-116 Cimbra voladora descripción, 71-76 limitaciones, 76 ventajas, 76 Cimbras para columnas, 105 cimbras rectangulares, 105
método y técnicas en, 13 8-141 cimbras ·cuadradas, 105 operación de, 136 forros, 105 plataforma de cimbra, 138 yugos. 138 Cimbra horizontal clasificación, 21 factores de, 91-100 por análisis comparativo tabular, 100 por tablas de comparación 97-99 selección. 91-100
Awad S. Hanna
yugos de madera y pernos, 105 Cimbras para concreto arquitectónico, 160 Cimentación cimbras para, 23-24 Compactación . 8 presión sobre la cimbra. 119-120
171
'
1mcyc Indice
Concreto
Fallas de la cimbra, 5 (ver también Seguridad)
colocación, 8 peso deL 60
causa de, 5,80, 109 Losas de piso ábacos o capiteles, 76,81,82,91, 92. 97
Contraventeo lateral. 123 diseño, 123-131 Cubiertas para losas de concreto, 21-22
carga de diseño, 60 cimbras para, 21-22
cargas, 60,61
diseño, 54, 60
diseño, 61
ejemplo, 62-67
fuerza lateral mínima, 61
viguetas, 21 -22 espaciamiento, 61-62
Diseño de cimbra de losa (ver losas de piso) Diseño de cimbra, esfuerzos permisibles
forros, 21 largueros, 22
de la madera, 40-48
losa plana, 93
del plyform. 5
secuencia para, 61-62
del tri play, 59
Madera para cimbra
miembros de compresión, 61 -62
dimensiones de, 36
ecuaciones para calcular esfuerzos de plyform y triplay
eje neutral, 35
esfuerzo cortante. 54 esfuerzo de flexión, 54
humedad contenido (ver factor de servicio mojado) módulo de sección , 35 momento de inercia, 33
flexión. 56-58 ecuación para calcular esfuerzos y flexión de la madera. 54-60 Diseño de cimbras para muros de concreto, 124 ejemplos. 124 tensores de cimbra para muros, 128Economía en cimbras, 4, 25 Factor de área de contacto, 52 duración de la carga, 51 tamaño. 47
l
..,_.,
simbología para secciones, 33-36 tiempo de carga (ver factor de duración de carga) Materiales de cimbra, esfuerzos permisibles, 52 propiedades físicas de madera, 13-14 plyform, 14 tri play, 14, 52-59 Propiedades de los materiales para cimbra, 33 madera aserrada, 3 6 Presión del concreto en cimbras
tt:rnperatura. 51
de columnas, 119-120
servicio mojado, 50
de muros, 120-121 Sistemas de Cimbras
,,
1mcyc Indice
Plyform. 14 esfuerzos permisibles. 55 Remoción de cimbras, 9 descenso de cimbra deslizante, 141 1
ventajas, 109 Sistemas de cimbra, 3-4 sistema de apuntalamiento montado en columna, 77 sistema convencional de aluminio, 25
Seguridad. 4. 5.33.75, 78-81, 87, 91, 116, 122, 158, (ver también Falla de la cimbra)
cimbra agrupada, 107 cimbra trepadora, 109-11 O
1
cimbra voladora, 71
Sistema de apuntalamiento montado en columnas, 77 descripción de. 77.80
domo, 29
ventajas y limitación. 80.81
losa nervada, 29 madera, 21
Sistema de cimbra auto-elevable, 142 descripción. 142-146
metal, 25
Limitaciones, 149
muro/columnas, 103-104
ventajas, 148
Tensores para cimbras, 83,105,111,114,156
Sistema de cimbra túnel, 81-82 descripción. 81-86
Trabes
limitaciones. 88
cimbras para,7,23,25
ventajas, 85-87
curado del concreto, 8,9
Sistema de cimbra vertical factores que influyen, 153-159
esfuerzo de flexión, 13 .14 Tri play
introducción. 103
esfuerzos permisibles (ver Cimbra diseño)
por tablas de comparación, 159-161
propiedades físicas (ver Cimbra diseño)
selección. 149-159 Sistema de cimbra en bloque, 107
Zapatas cimbras para (ver Cimentación)
descripción. 106-109 limitaciones, 109
Awad S. Hanna
173
o
Insurgentes sur 1846, Col. FI Delegación Álvaro Ob C.P. 01030, Méxic
1mcyc®
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