concreto armado concreto armado concreto armado concreto armado concreto armado concreto a, Apuntes de Ingeniería Civil

¡Descarga concreto armado concreto armado concreto armado concreto armado concreto armado concreto a y más Apuntes en PDF de Ingeniería Civil solo en Docsity! Sesión 11: Los Encofrados CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS (ALBAÑILERÍA Y CONCRETO ARMADO) Logro de la sesión Conocer las características de calidad en la ejecución de los encofrados de una edificación. Temario  Definición.  Criterios de diseño.  Cargas.  Presión del concreto fresco.  Tipos.  Tolerancias.  Tiempos de desencofrado.  Normativa. UNIDAD N° 3 CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS ( ALBAÑILERÍA Y CONCRETO ARMADO) Tiempo programado: Semana 9 / sesión 11 / 2 horas Diseño de los encofrados • Los encofrados se diseñan para resistir cargas verticales y horizontales hasta que el concreto pueda asumirlas. • Las cargas verticales están constituidas por el peso propio del encofrado, del concreto, del acero y de las cargas vivas de construcción. • El encofrado puede pesar desde 15 Kg/m2 hasta 75 Kg/m2 dependiendo del tipo de madera. • Las cargas horizontales sobre el encofrado están constituidas por la presión hidrostática del concreto fluido o por cargas externas. • Las primeras son consideradas para el diseño del encofrado de costado de vigas, columnas y muros. Encofrados Para el diseño del entablado, la carga viva se considera 700 Kg/m2, valor que toma en cuenta la posibilidad de que se almacene material sobre elementos todavía apuntalados o que se presenten cargas concentradas sobre el entablado. Para el resto de los elementos del encofrado, las cargas vivas de construcción es 250 Kg/m2, y si se emplea carretillas auto-propulsadas se incrementan a 350 kg/m2. Teodoro Harmsen Encofrados Factores que influyen en el diseño de encofrados • Velocidad del vaciado, a mayor velocidad, la presión del concreto es mayor. • Temperatura del concreto, a menor temperatura la presión es mayor pues el concreto permanece más tiempo en estado semi-líquido, inclusive la presión puede ser mayor hasta en un 25%. • Procedimiento de vaciado, es decir si se usa vibrado de alta frecuencia, el concreto se mantiene fluido hasta una profundidad más o menos considerable, y se comporta como un líquido de densidad igual a la del concreto. La vibración incrementa la presión en un 20% respecto al acomodado manualmente. • Tamaño y forma del encofrado y la consistencia y proporcionamiento de la mezcla. Encofrados Factores que influyen en el diseño de encofrados • Las cargas externas horizontales que se consideran para el diseño de encofrados son: carga sísmica, viento, tensión de cables, soportes inclinados, impacto, etc. Encofrados El peso propio del concreto • Ha sido señalado que los encofrados deben ser considerados como estructuras; en efecto, en tanto el concreto no alcance las resistencias mínimas exigibles para proceder a desencofrar, los encofrados tienen que ser suficientemente resistentes para soportar el peso del concreto. Esto ocurre en los encofrados de vigas y techos. • Pues bien, el concreto es un material de considerable peso. Un metro cúbico de concreto pesa 2,400 kg, magnitud nada desdeñable; por ejemplo, un metro cuadrado de losa de concreto de 0.15m de espesor pesa 360kg, equivalente a más de 8 bolsas de cemento. • El peso de un determinado volumen de concreto se obtiene multiplicando dicho volumen por el peso específico del concreto, que como ha sido ya indicado es de 2,400 kg/m3. Así, por ejemplo, un metro lineal de una viga de 0.25 x 0.80m pesa 0.25 x 0.80 x 1.00 x 2,400 = 480 kg. INGENIERÍA CIVIL Encofrados Y CONSTRUCCION Peso de losas Peso de losas macizas aligeradas Espesor de la losa Peso de un m? de losa Espesor del techo Peso de un m? de techo (m) (kg) (m) (kg) 0.10 240 017 280 0.12 288 015 360 0.20 300 0.20 480 0.25 350 0.25 600 0.30 420 Encofrados Cargas de construcción • Adicionalmente al peso del concreto, los encofrados deben soportar las cargas de construcción; éstas corresponden al peso de los trabajadores que participan en el llenado de los techos y al del equipo empleado en el vaciado. • Para establecer las cargas de la naturaleza referida es usual adoptar, como equivalente, una carga uniformemente repartida en toda el área de los encofrados. Para encofrados convencionales y vaciados con equipo normal se suele tomar el valor de 200 kg/m2, magnitud que debe sumarse al peso del concreto. • Cuando se prevea vaciados con equipo mecánico motorizado el valor indicado debe aumentarse prudencialmente en 50%, es decir, que en este caso la magnitud equivalente a las cargas de construcción será de 300 kg/m2. • En tal consideración, la carga por m2 sobre el encofrado de un techo aligerado de 0.20 m, empleando equipo convencional para el vaciado, será: 300 + 200 = 500 kg, es decir media tonelada. Encofrados Presión del concreto fresco El progresivo endurecimiento del concreto provoca que se dejen paulatinamente de ejercer presiones sobre el encofrado al aumentar el espesor vaciado. Por tanto, existe cierta profundidad límite por debajo de la cual el concreto ya ha fraguado, manteniéndose la presión constante en el valor máximo alcanzado durante el proceso de vaciado. Ello implica la limitación del crecimiento indefinido de las presiones del concreto con la profundidad. Otra restricción es la cuasi-constancia de las presiones a partir de una nueva profundidad límite por el llamado “efecto silo” (aparición de fuerzas de fricción tangenciales a la pared debido al rozamiento de las partículas que integran el concreto fresco y la superficie encofrante) al vaciar elementos de espesores reducidos en relación con su dimensión vertical. Este efecto es muy habitual en encofrados de columnas y muros de poco espesor. Así, tomando como altura límite la menor de los valores antes citados, se puede completar, para cada fase del vaciado, la ley de presiones sobre el encofrado. Encofrados Factores que influyen en la presión del concreto fresco Ha de tenerse en cuenta que el espesor de pared a llenar no tiene influencia en la presión del concreto, pero sí la velocidad de llenado vertical; por tanto, en paredes delgadas se tendrán mayores presiones. Por otra parte, y considerando que los sistemas de encofrado convencionales soportan presiones entre 60 y 80 kN/m2, es prioritario limitar la velocidad de llenado del hormigón para evitar sobrepasar estos límites. Otra opción sería reforzar el encofrado. Encofrados Factores que influyen en la presión del concreto fresco a) Velocidad ascendente del vaciado de concreto: Cuanto más rápido sea el llenado, mayor será la altura de concreto sin fraguar. En esta zona el concreto se encuentra en estado semilíquido con una ley de presiones proporcional al peso específico y a la profundidad. b) Temperatura de fraguado: Los procesos químicos del fraguado son más lentos cuando desciende la temperatura. Ello implica una mayor lentitud en el fraguado y un efecto análogo al de un aumento de velocidad en el llenado. La presión aumenta considerablemente por debajo de 15ºC. c) Docilidad del concreto (cono de Abrams): A mayor docilidad existe un menor talud natural del concreto, y por tanto, un mayor empuje en la zona de empujes granulostáticos. d) Inclinación de la superficie encofrante: El empuje activo del concreto se puede expresar en función de la inclinación del paramento encofrante “α” respecto a la vertical y el talud natural del hormigón “β”. Se comprueba que el empuje es mayor si el concreto gravita sobre el encofrado (α>0). El coeficiente de empuje activo, que modificaría la presión hidrostática del hormigón, sería: Hay que tener en cuenta que cuando el encofrado se dispone en desplome hay que considerar el efecto de boyancia, donde hay presiones verticales que pueden llegar a levantar el encofrado. Encofrados Norma alemana DIN-18218 La norma DIN-18218 establece una serie de fórmulas empíricas desarrolladas a partir de datos experimentales. Las presiones calculadas con esta norma se encuentran razonablemente del lado de la seguridad hasta alturas de 5 m. Por encima de este valor, convendría un estudio detallado para evitar sorpresas en obra. Esta norma DIN suele usarse mucho en España, puesto que la mayoría de los encofrados se fabrican en Alemania. Las hipótesis que usa esta norma son las siguientes: • Tamaño máximo de árido de 63 mm • Encofrados verticales con una desviación máxima de ± 5º respecto a la vertical • Peso específico del hormigón γ = 25 kN/m3 • Temperatura de hormigonado: 15ºC • Tiempo de fraguado máximo de 5 horas • Velocidad máxima de ascenso del hormigón: V ≤ 7 m/h Según se muestra en la figura, la norma DIN considera una ley de empujes hidrostática hasta un valor de presión máxima Pm, a partir de donde se considera un empuje constante. A una profundidad de 5V (siendo V la velocidad ascendente del hormigón en m/h) la presión máxima desaparece al considerarse que el hormigón ya ha fraguado lo suficiente como para no empujar. Esta profundidad es muy importante para trabajar con encofrados deslizantes. En el caso de que el peso específico del hormigón fresco γ sea diferente de 25 kN/m3, se puede corregir la presión multiplicándola por γ/25. Encofrados Norma alemana DIN-18218 La presión máxima Pm se puede obtener de la tabla. Para el caso de columnas, la presión máxima Pm no sobrepasará el valor de 100 kN/m2. Si se trata de muros, no excederá de 80 kN/m2. En ambos casos, tampoco será Pm mayor a la presión hidrostática 25H kN/m2. Es importante señalar que existe una tendencia muy elevada a fabricar concretos de consistencia fluida en el mercado. Los valores anteriores se modificarán en función de la temperatura del concreto fresco. Así, para temperaturas por encima de 15ºC, se podrá reducir la presión un 3% por cada grado, sin pasarse de un 30% y siempre que la temperatura del hormigón permanezca constante. Para temperaturas inferiores a 15ºC, se aumentará la presión un 3% por cada grado. Si la temperatura exterior es inferior a 15ºC y no hay aislamiento térmico, hay que considerar un aumento de la presión de un 3% por cada grado, independientemente de la temperatura interna del hormigón. Encofrados Norma alemana DIN-18218 Para valorar la influencia de los retardadores, la presión del concreto fresco se multiplica por los factores indicados en la tabla. Esta tabla sólo sirve para alturas de vaciados inferiores a 10 m. Se pueden interpolar linealmente los valores intermedios. Encofrados Norma UNE 18201:2016 La norma indica que se debe utilizar el empuje hidrostático, sin bloquear la profundidad límite, cuando no se cumplan las condiciones anteriores. En particular cuando: • Toda la profundidad del concreto está sometida al efecto de la vibración (interna o externa). • El concreto se introduce, a presión, desde la cota inferior del encofrado y asciende por el interior del mismo hasta llenarlo completamente. En este caso, hay que considerar la sobrepresión introducida. • El empleo de retardadores aumente el tiempo de fraguado por encima del considerado en la tabla anterior. • Cuando el concreto presente un cono de Abrams superior a 12 cm. • Cuando el concreto sea autocompactante. Encofrados Norma americana ACI-347 Otra forma de calcular los empujes del concreto fresco es seguir lo establecido en la Guía ACI 347 (2004). Esta norma americana supone un cono de Abrams máximo de 175 mm y compactación mediante vibración interna con una profundidad máxima de 1,2 m. Aquí también se considera una ley inicialmente hidrostática hasta un valor de presión máxima Pm, que a partir de entonces permanece constante. En el cálculo es necesario conocer la velocidad ascendente del vaciado V (m/h), la temperatura de fraguado del concreto T (ºC) y la altura del encofrado H (m) (para los límites de presión máxima). Si V > 4,5 m/h, la ley de presiones es hidrostática debido a la alta velocidad ascensional del concreto. Encofrados Norma americana ACI-347 En todos los casos, la máxima presión lateral debe ser mayor a 30·Cw (kN/m2), pero nunca mayor a la hidrostática. Cw es un coeficiente por unidad de peso y Cc es un coeficiente de composición química, sus valores se muestran en las siguientes tablas. Encofrados Tipos de encofrados MADERA • La madera es el material más utilizado en encofrados para concreto. • La hay de diferentes calidades siendo los más usados el pino oregón y el tornillo, además del triplay o plywood. • El pino oregón no crece en nuestro país, por lo cual es importado. • Por su parte el tornillo, oriundo del Perú, presenta la desventaja que al humedecerse tiende a torcerse, siendo necesario fijarlo con mayor cantidad de clavos. • A pesar de ello, éste último es más utilizado pues es más económico. Encofrados Tipos de encofrados MADERA TRIPLAY • El triplay es usado eficientemente para encofrar las caras de los elementos de concreto. • Es un material constituido por una serie de capas de madera pegadas entre sí. • En algunos casos, el pegamento utilizado no es a prueba de agua y después de 5 a 10 usos, la plancha ya no puede ser reutilizada. • Sin embargo, si se usan pegamentos especiales el triplay puede ser utilizarse hasta 50 o 60 veces. • Para impedir la entrada de humedad entre capas, los bordes de la plancha deben protegerse. • La madera se comercializa en escuadrías expresadas en pulgadas y en largos expresados en pies. • El triplay se presenta en planchas de 4’x8’ y espesores de 1/2”, 5/8”, 3/4” y 1”. Encofrados Tipos de encofrados DE ACERO • Los encofrados de acero pueden ser reutilizados más veces que los de madera. • Tienen gran resistencia y se usan cuando se requiere cubrir grandes luces o cuando se desean dar formas especiales al concreto. • Es común utilizarlos en combinación con madera. • Los fabricantes presentan tablas especiales donde se muestran las capacidades de carga y deflexiones de los productos que ofrecen. INGENIERÍA CIVIL En cofra d OS Y CONSTRUCCIÓN Características de los encofrados RESISTENTE RÍGIDO ESTABLE Encofrados Características de los encofrados IMPERMEABLE (estanqueidad) CALIDAD SUPERFICIAL ECONÓMICOFACILIDAD DE DESENCOFRADO Encofrados Uso de los encofrados • Antes de utilizar los encofrados, éstos deben estar limpios de polvo, mortero, pedazos de madera. • Si el fondo de los mismos es inaccesible, como en el caso de columnas, se deberá construir puertas de acceso para la limpieza. • Antes de colocar el concreto, el encofrado de madera debe humedecerse para evitar que absorba el agua de la mezcla. • Esta operación debe efectuarse 12 horas antes del vaciado. • También se les aceita o unta con productos especiales que lo protegen y facilitan el desencofrado. • Los aceites pueden ser minerales o vegetales, puros o con emulsificantes. • También se usan ceras insolubles o productos químicos disueltos en aceites, kerosene, alcohol, polivinílico, etc. INGENIERÍA CIVIL Encofrados CONSTRUCCION Y TOLERANCIAS ADMISIBLES EN LOS ENCOFRADOS Verticalidad de superficies de columnas, muros, placas, y en aristas - En cualquier longitud de 3m | 6mm | - Máxima en toda la altura Nivelación de las superficies inferiores de losas y fondos de vigas, y alineamiento de aristas + En cualquier tramo hasta de 3m | 6mm | + En cualquier tramo de 6m + Entoda la longitud Dimensiones de las secciones de columnas y vigas y en el espesor de losas y muros me + Nimás de 12 mm INGENIERÍA CIVIL Encofrados TO) se debe Encofrados ¿Cuándo se debe desencofrar? El desencofrado temprano es deseable desde el punto de vista de la economía, pero se debe realizar cuando el concreto tenga la suficiente resistencia para soportar las cargas que se le pueden presentar. • El desencofrado no debe efectuarse antes de los tiempos mínimos especificados por el proyectista. • Estos no solo dependen de la resistencia del concreto sino de las sobrecargas para las que la estructura ha sido diseñada. • Mientras mayor es la sobrecarga de diseño, menor será el tiempo de desencofrado pues se requiere menos resistencia para que el elemento soporte su propio peso y las cargas vivas de construcción. Encofrados Tiempo mínimo de desencofrado COSTADOS DE VIGAS, COLUMNAS Y MUROS Encofrados Tiempo mínimo de desencofrado FONDOS DE LOSAS: • Luz menor de 3 m. • Luz menor de 6 m. • Luz mayor de 6 m. Encofrados Tiempo mínimo de desencofrado FONDOS DE VIGAS: • Luz menor de 3 m. • Luz menor de 6 m. • Luz mayor de 6 m. Encofrados ¿Qué tipos de fallas se presentan en los encofrados? • Desencofrado Prematuro.• Falta de control en el alineamiento, nivel y plomo. Encofrados ¿Qué tipos de fallas se presentan en los encofrados? • Vibración exagerada del concreto. • Arriostramiento deficiente de pies derechos o puntales. Encofrados ¿Qué tipos de fallas se presentan en los encofrados? • Uso de elementos inapropiados.• Armado de encofrados poco resistentes a la carga que genera el vaciado del concreto. Encofrados Recubrimientos E.060 • Concreto vaciado al interior de edificaciones. • Concreto en contacto con el terreno o expuesto a la intemperie. Encofrados Recubrimientos E.060 • Vigas y columnas de amarre. • Vigas y columnas (pórticos). Encofrados Comentarios de la E.060 • Los encofrados deberán permitir obtener una estructura que cumpla con los perfiles, niveles, alineamiento y dimensiones requeridos por los planos y las especificaciones técnicas. • Los encofrados y sus soportes deberán estar adecuadamente arriostrados. • Los encofrados deberán ser lo suficientemente impermeables como para impedir pérdidas de lechada o mortero. • Los encofrados y sus soportes deberán ser diseñados y construidos de forma tal que no causen daños a las estructuras colocadas. En su diseño se tendrá en consideración lo siguiente: a)Velocidad y procedimiento de colocación del concreto. b)Cargas de construcción, verticales, horizontales y de impacto. c)Requisitos de los encofrados especiales empleados en la construcción de cáscaras, cúpulas, concreto arquitectónico o elementos similares. d)Deflexión, contra flecha, excentricidad y subpresión. e)La unión de los puntales y sus apoyos. f)Los encofrados para elementos presforzados deberán diseñarse y construirse de manera tal que permitan las deformaciones del elemento sin causarle daño durante la aplicación de la fuerza de preesfuerzo.