Programación y Construcción de Estructuras

CAPÍTULO 2. CIMBRAS

Objetivo: El alumno determinará procedimientos de construcción y diseño de cimbras.

Contenido:

2.1 2.2 2.3

Cimbrado y descimbrado de estructuras de concreto hidráulico. Cimbras de madera, metálicas, especiales y andamios. Diseño de cimbras.

Tema 2. Cimbras. 1

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2.1

Cimbrado y descimbrado de estructuras de concreto hidráulico.

Toda madera en contacto con el concreto debe ser aceitada adecuadamente para evitar que el concreto endurecido se pegue a la cimbra. Si la cimbra no se aceita, al descimbrar (quitarla) se deteriora. Muchos constructores acostumbran emplear diesel o aceite quemado para aceitar la cimbra, ésta práctica no es muy buena ya que por un lado el diesel es muy ligero y se requieren varias aplicaciones (cosa que no se hace en la práctica) para lograr un buen resultado, y por otro lado el aceite quemado penetra muy poco en la madera sin lograr una buena impermeabilización. En la actualidad existe una gran variedad de productos especialmente diseñados para proteger a la madera y lograr su impermeabilidad total, primero se recomienda aplicar un sellador, el cual es un repelente disuelto en un solvente que al aplicarse sobre la madera penetra en sus poros sellándolos, posteriormente se aplica una resina especial, de esta manera la madera sólo requerirá de una mano ligera de algún aceite ligero que puede ser inclusive diesel, básicamente el aceite ligero es para resanar algunas zonas deterioradas por el uso y facilitar aún más el descimbrado. Cabe mencionar que las maderas que no han sido cepilladas (pulidas) pueden presentar problemas al descimbrar pues la simple textura (veta) de la madera facilita la adherencia con la pasta de cemento, por esta razón, es importante el uso de buenos productos y buenas técnicas desmoldantes.

Riesgos Más Frecuentes. Caída de materiales para el cimbrado por mal estibado. Lesiones en las manos con el martillo al estar clavando. Caída de materiales para el cimbrado durante las maniobras de izado. Caída de partes de la cimbra durante el proceso de descimbrado. Caída de personas por los bordes sin protección o huecos en el piso o muro. Caída por tropiezo o resbalón de personas por falta de orden y limpieza en su área de trabajo. Lesiones diversas al utilizar las herramientas eléctricas y manuales de corte. Lesiones por pisar objetos punzantes (clavos, varillas, etc.) Lesiones por posturas inadecuadas al cargar objetos pesados sin ninguna protección.

Medidas Preventivas. El cimbrado y descimbrado de estructuras de ingeniería civil o arquitectónica sólo deben realizarse con trabajadores capacitados bajo la supervisión de una persona competente. Siempre se deberán tomar las precauciones adecuadas para proteger a los trabajadores de los riesgos que rodean la fragilidad o inestabilidad temporal de una obra.

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Programación y Construcción de Estructuras Las cimbras, apuntalamientos y entibaciones deberán ser diseñados, construidos y mantenidos de manera que soporten con seguridad las tensiones a que estarán sometidos. Estas cimbras serán diseñadas y construidas de manera que las plataformas de trabajo, los medios de accesos, apuntalamientos, manejo y estabilización puedan fijarse fácilmente. Tratemos siempre de asegurar la máxima protección posible de los trabajadores ocupados en el cimbrado y descimbrado, mediante la utilización de escaleras de mano, pasarelas, plataformas y medios mecánicos para elevar materiales, así como de arneses de seguridad, cables salvavidas y demás artículos para la protección de los trabajadores. Los lugares donde se almacenen los materiales para el cimbrado deben estar protegidos de la intemperie y posibles riesgos de incendio, por lo que se debe considerar algún equipo contra incendio. Los trabajadores deberán ser instruidos al inicio de la obra para informarles el tipo de trabajo a desarrollar y la programación a la cual se sujetarán los trabajos de cimbrado y descimbrado en las diferentes etapas del proceso constructivo. Se prohibirá al personal iniciar los trabajos de cimbrado sin antes haber instalado los sistemas de protección para evitar al máximo las caídas de altura. Se capacitara a los trabajadores para que eviten el uso de materiales en mal estado, defectuosos o fuera de especificación como también a desplazarse sea vertical u horizontal sobre los elementos estructurales que se estén cimbrando. El descimbrado se realizará utilizando la herramienta indicada para cada tipo de cimbra según el material. Además se usarán escaleras de mano, cuidando tomar todas las precauciones para evitar la caída de materiales, y personal. Al terminar los trabajos de descimbrado se estibarán los materiales de acuerdo a sus características y uso, se procederá a su limpieza y de ser rehabilitación para levarla a la siguiente posición. Es requisito obligatorio en la obra mantener limpia y ordenada de materiales y herramienta su área de trabajo.

Equipo de Protección El equipo de seguridad lo componen todos los aditamentos que debe usar el carpintero, para la protección de su cuerpo y seguridad de su vida; en consecuencia las condiciones de trabajo serán mejores. Los principales elementos que componen el equipo de seguridad son: El casco metálico o de plástico se utiliza para proteger la cabeza de cualquier objeto que pueda dañarle. Los gogles se usan para proteger los ojos de cualquier rebaba de material o basura que pueda caer durante el trabajo de cimbrado y descimbrado. Tema 2. Cimbras.

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Programación y Construcción de Estructuras Los guantes de látex, que se utilizan cuando se requiere colocar los desmoldantes. Los guantes de cuero, que sirven para protegerse cuando se está manejando algún material que pueda lastimar, raspar o arañar las manos. El cinturón portaherramientas, normalmente se usa todo el tiempo en los trabajos de cimbrado, para tener las herramientas básicas a la mano. Cinturón de seguridad o arnés y cable de vida, útiles para trabajar en alturas y protegerse en caso de caída. La bota de seguridad, consistente en un zapato alto con punta reforzada y suela gruesa, que protege los pies contra la hincada de clavos, astillas y otros objetos punzantes.

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2.2 Cimbras de madera, metálicas, especiales y andamios. Cimbra: es una estructura provisional que tiene la finalidad de darle forma al concreto; así como resistir las cargas del mismo hasta que sea auto soportable. Las cimbras hechas en obra tienen impactos importantes en el costo total del concreto, en la seguridad de los empleados y, por supuesto, en la resistencia y calidad final de los elementos de concreto. En el mercado existen varios tipos de cimbra y para distintos usos las cuales tienen el mismo fin.

Cimbras de madera. Los moldes de madera son los más utilizados por su economía y facilidad de manejo, generalmente se emplea la madera de pino: solo en el caso de que en la región se encuentra otra madera más barata, se ocupa esta. Para usar este tipo de cimbra después de colocada en su lugar se le unta una ligera capa de aceite quemado o diesel o aun mejor un aditivo desmoldante, a fin de que el concreto no se adhiera a la cimbra. Además, antes de vaciar el Tema 2. Cimbras.

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Programación y Construcción de Estructuras concreto se moja la madera para que esta no le quite agua necesaria para su fraguado y para que se hinche la madera, tapando las juntas entre tabla y tabla. Existen básicamente dos tipo de cimbra: la común y la aparente. La cimbra común se ocupa cuando el elemento será recubierto. Para las losas se utilizan tarimas hechas de madera de 50cm X 100cm, permiten mayor rapidez para su colocación y pueden utilizarse más veces. La cimbra aparente se usa cuando el elemento de concreto quedará visible. Generalmente se hace con duela, poniendo mucho cuidado en la terminación. Este tipo de cimbras tienen una vida útil muy corta.

Cimbra metálica. Está constituida por paneles de lámina modulados y estandarizados, susceptibles de adaptarse a todos los elementos estructurales de concreto. El acabado que toman las piezas coladas por medio de este procedimiento es perfecto en su apariencia, siempre y cuando el concreto este bien vibrado.

Escuela secundaria y preparatoria Lancaster, Tlalpan, Ciudad de México. Algunas ventajas sobre este tipo de cimbrado son las siguientes: Eliminación de perdidas y extravío; Ahorro de mano de obra y tiempo de los procesos de cimbrados y descimbrados; No necesita mano de obra especializada; No absorbe agua y por lo tanto no deshidrata el concreto; La superficie de contacto con la cimbra garantiza acabados aparentes de mejor calidad. Tema 2. Cimbras.

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Cimbras especiales. Pueden quedar comprendidas dentro de este grupo aquellas cimbras que se ejecutan para colar formas diferentes a las comunes, tales como arcos, bóvedas y superficies con características diferentes.

Cimbra para losa de la Iglesia de la Sagrada Familia en Alzira, Valencia, España. Para muchas de ellas el trabajo de moldeado es probablemente más importante que el trabajo de colado, en general el costo de estas cimbras especiales tienden a ser un poco más elevado que el de una cimbra común de madera.

Cimbras rodantes. Cuando tiene que efectuarse en una obra el colado de una serie de elementos iguales, tanto como en sección como en longitud, se utilizan comúnmente las cimbras de tipo rodante. La cimbra rodante es muy útil en la ejecución de trabajos en los que se va a repetir varias veces el mismo elemento estructural. En todos ellos, en lugar de cimbrar toda la superficie a cubrir se construye únicamente una sección, la cual es montada sobre camiones, carros o estructuras horizontales, formadas generalmente por vigas y polines que quedan apoyadas en tubos o ruedas, permitiendo así deslizarse y colocarla en el claro siguiente. Una vez hecho el colado, se retira permitiendo que la superficie interior sea pasada a la siguiente sección para proseguir en esta forma al colado de la superficie. Tema 2. Cimbras.

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Cimbras deslizantes. Es otro tipo especial de cimbra que permite el colado continuo de una estructura de concreto, generalmente si utilizan para el colado de elementos estructurales verticales. Se efectúa el colado elevando la cimbra por medio de gatos hidráulicos, lo cual provoca que el colado sea continuo. Por lo anterior, la construcción de una cimbra deslizante requiere de una planeación cuidadosa de todas las fases del programa total de la construcción. Colado en sistema de cimbra deslizante de chimenea elevada en la central termoeléctrica Plutarco Elías Calles en Petacalco, Guerrero, México. Tema 2. Cimbras.

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Andamios. El incremento espectacular de los trabajos de rehabilitación de fachadas de edificios de todo tipo, así como los ya habituales de acabados en edificios en construcción mediante la utilización de andamios con elementos prefabricados modulares, motiva la elaboración de esta NTP, que contempla los distintos aspectos de seguridad relacionados con su montaje, utilización y desmontaje. Además se contemplan las medidas necesarias para proteger de los riesgos a terceras personas o bienes ajenos a la obra; no debe olvidarse que este tipo de andamios se encuentra mayoritariamente en la vía pública ocupando aceras o incluso la calzada destinada a la circulación de vehículos. El objetivo de esta NTP es la prevención de los distintos riesgos laborales asociados al montaje, uso y desmontaje de los andamios fijos perimetrales así como los que puedan afectar a terceros; para ello se indican los factores de riesgo y las causas que los generan y las medidas de prevención y protección más idóneas Los andamios fijos perimetrales de sistema modular son estructuras provisionales de una altura máxima habitual de 30 m, aunque en muchos casos es superada, que sirven para la sustentación de las distintas plataformas de trabajo situadas a distintas alturas; cumplen según los casos funciones de servicio, carga y protección. Estos andamios se clasifican en seis clases teniendo en cuenta las cargas que deban soportar las plataformas de trabajo ya sean uniformemente repartidas o concentradas en una superficie determinada. (Norma UNE 76-502-90). Tanto las plataformas como sus correspondientes soportes deben ser capaces de resistir las cargas especificadas teniendo en cuenta además que ninguna plataforma debe tener una capacidad de resistencia inferior a la indicada para los andamios de clase 2 con las siguientes consideraciones: Su flecha máxima no debe exceder 1/100 de la separación entre apoyos cuando esté sometida a una carga concentrada en una superficie de 500 x 500 mm2. Si la separación entre apoyos es de 2 m o superior y una de ellas está sometida a una carga concentrada en una superficie de 500 x 500 mm2 , la diferencia máxima de nivel entre dos plataformas contiguas una cargada y otra no, no será superior a 20 mm. En función de la clasificación dada los andamios de clase 1, 2 y 3 se utilizan para trabajos de limpieza, pintura, carpintería, tejadores, revestimientos de fachadas, saneamientos y en la industria en general para trabajos diversos en altura.

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Programación y Construcción de Estructuras Los andamios de clase 4, 5 y 6 son andamios de protección, aunque también se utilizan para trabajos en hormigón o en muros, rehabilitación de fachadas, construcciones industriales y en otros casos que exijan un andamio ancho de gran capacidad de carga.

Riesgos y factores de riesgo Caídas a distinto nivel debido a: Montaje o desmontaje incorrecto de la estructura o de las plataformas de trabajo sin las correspondientes protecciones individuales. Anchura insuficiente de la plataforma de trabajo. Ausencia de barandillas de seguridad en todas o alguna de las plataformas de trabajo. Acceder a la zona de trabajo trepando por la estructura. Separación excesiva entre el andamio y la fachada. Deficiente sujeción de la plataforma de trabajo a la estructura que permite su movimiento incontrolado. Vuelco del andamio por estar incorrectamente apoyado en el suelo o por anclaje deficiente o inexistente del mismo al edificio. Derrumbe del andamio por distintas causas. Rotura de la plataforma de trabajo por sobrecarga, deterioro o mal uso de la misma. Mala utilización de las escaleras de acceso a las distintas plantas de la estructura del andamio. Derrumbe de la estructura debido a: Hundimiento o reblandecimiento de toda o parte de la superficie de apoyo. Apoyo del andamio sobre materiales poco resistentes. Deformación o rotura de uno o varios de los elementos constituyentes del andamio. Sujeciones a la fachada inexistente, incompleta o insuficiente. Montaje incorrecto. Sobrecarga de las plataformas de trabajo respecto a su resistencia máxima permitida. Anclajes y amarres incorrectos. Arriostramientos incompletos de la propia estructura. Acción de las inclemencias atmosféricas, en especial el viento. Caída de materiales sobre personas y/o bienes debido a: Vuelco o hundimiento del andamio. Plataforma de trabajo desprotegida. Rotura de una plataforma de trabajo.

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2.3 DISEÑO DE CIMBRAS. Con el fin de conservar el concreto en su sitio hasta que haya alcanzado su fraguado final, se emplean formas de madera o metal denominadas comúnmente cimbras. El diseñar una cimbra correctamente, creemos sea tan importante para el costo, como la misma estructura, debido al número de veces que podamos usarla, y que su valor podrá reducirse en una forma proporcional a dicho número de veces. Los esfuerzos a los que comúnmente está sujeta una cimbra son los de flexión y compresión. Cada cimbra debe ser diseñada especialmente de acuerdo a la obra donde se instalará y deberá estar avalada por un técnico competente. Para el diseño de una cimbra se deben tomar en cuenta los siguientes factores: Velocidad y método de colocación del concreto Cargas de construcción, incluyendo cargas verticales, horizontales y de impacto Las cimbras para elementos de concreto pre-esforzado deben estar diseñadas y construidas de tal manera que permitan el desplazamiento del elemento sin causar daños durante la aplicación del pre-esfuerzo. Las cimbras para el concreto, incluyendo su diseño, construcción y remoción exigen el mejor criterio y una acertada planificación, con el fin de lograr cimbras que sean tanto económicas como seguras.

Flexión. Para el caso de una cimbra, las condiciones de apoyo determinan el valor del momento flexionante: Para en elemento con dos apoyos fijo el momento máximo esta dado por:

Para un elemento empotrado en ambos extremos:

Por lo tanto es deseable diseñar para una condición promedio:

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Programación y Construcción de Estructuras Después de obtenido el momento máximo podremos dimensionar nuestro elemento a través de la fórmula de la escuadrilla.

Donde: M= Momento flexionante. ft = Fatiga de trabajo. I= Momento de inercia centroidal de la sección. y= Distancia del eje neutro a la fibra más alejada de la sección. Se recomienda para la madera comúnmente usada en la construcción, una fatiga de trabajo de ft= 60

Flecha. La deformación máxima, provocada por la flexión se le denomina comúnmente flecha máxima, su valor depende principalmente del claro “l” y una función directamente proporcional a la carga por metro “ω” el módulo de elasticidad “E” y el momento de inercia centroidal de de la sección “I”. Se acostumbra diseñar para la condición,

Compresión. Las piezas sujetas a la compresión tienen dos concepciones, según su longitud, más para el caso de cimbras, el caso común es el de columna larga . Euler, en su fórmula general, indica:

Y condiciona K para el caso de una columna articulada en sus extremos K = 1, con este valor y llamando “b” al lado de una sección cuadrada, tendremos:

Donde: b = Lado de la sección en cm. P = Carga vertical en toneladas métricas. l = Claro libre en metros. 1200 = Valor aproximado considerado

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Presión lateral. El concreto en su estado pre-fraguado, dependiendo de su altura se comparta como gramínea y como tierra, por lo cual usando las fórmulas de “Rankine” para empuje de tierras y “Muersk” para gramíneas y llamado “h” la altura del elemento y “a” la misma sección del mismo, tendremos: Trabes y contratrabes

Muros y columnas

Rankine

Muersk

P=K∆h

Donde: P = Presión ∆ = Peso volumétrico = 2400 kg/m3 h = Profundidad = Ángulo de reposo del material = 15˚

Donde: P = Presión ∆ = Peso volumétrico = 2400 kg/m3 A = Sección transversal del silo p = Perímetro de la sección del silo δ = Ángulo de fricción interna del material = 0.75 Sustituyendo

Sustituyendo P= 0.003000a P=0.001414h Donde: P = Presión en kg/cm h = Altura en cm

Donde: P= Presión en kg/cm a = Lado menor de la sección en cm

La madera debería cuantificarse en el Sistema Métrico Decimal, es decir, por metro cúbico; mas la práctica es hacerlo a base de “pie tablón”; definiendo como pie tablón la cantidad de madera que integra un elemento de un pie de ancho por un pie de largo por una pulgada de espesor; por lo tanto, un pie tablón debe ser igual al volumen contenido en una pieza de madera de esas dimensiones. De acuerdo con lo expresado anteriormente, para metodizar y facilitar la cuantificación de la madera en cimbras, se propone el uso de “Factores” a fin de tomar en cuenta las

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Programación y Construcción de Estructuras características antes expuestas, es decir, áreas de contacto efectivas, desperdicios y usos.

Factor de contacto “F.C.”. Es el cociente expresado en forma de quebrado de la unidad a la cual queremos referir el estudio (m2 en nuestro caso) entre el área de contacto real (en la misma unidad) de la porción del elemento analizado.

Factor de desperdicio “F.D.”. Es el porcentaje expresado en forma decimal de la cantidad total de madera rota o perdida en la elaboración y durante los diferentes usos de la cimbra.

Factor de usos “F.U.”. Es el cociente expresado en forma de quebrado del uso unitario de un elemento de cimbra entre el número de usos propuestos.

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Bibliografía. 1

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http://es.scribd.com/doc/21419984/Cimbras-jovimeca Suarez Salazar Carlos, “Costo y tiempo en edificación” 3ra edición 3 http://www.proyectosfindecarrera.com/seguridad-andamios.htm 4 http://www.elconstructorcivil.com/2011/02/uso-de-la-madera-en-la-construccion.html 2

Este trabajo fue desarrollado por académicos y alumnos adscritos al Departamento de Construcción de la División de Ingenierías Civil y Geomática, con recursos del Programa de Apoyo a Proyectos Institucionales de Mejoramiento de la Enseñanza (PAPIME) PE-101012 “Elaboración de material didáctico digital para la asignatura Programación y Construcción de Estructuras”.

Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Facultad de Ingeniería (FI)

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Dirección General de Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA)

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