UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA

" DISENO Y CALCULO DE ENCOFRADOS DE MADERA EN LA EDIFICACION "

T QUE

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S 08TENER

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I N G E N I E R O P

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FELIPE

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VALDEZ

POZA RICA, VER.

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TITULO

DE:

C I V I L N

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A

:

GARCIA

1988

E tf’ EDIENTE NUM: OFICIO

numF. I.-87051

ENERO 29 DE 1987 AsuNToAceptaei6n de Tema de Tesis FECHA:

L'N IVERSID A D VERACRUZANA

FACULTAD DE IN G E N IE R IA POZA RICA, VER.

C. FELXPE VALDES GARCIA PASANTE DE LA CARRERA DE INGENIERIA CIVIL P R E S E N T E .

En atencidn a su solicitud de fecha 15 de enero del presente afio, esta Direccidn autoriz6 el Tema que a continuacidn se cita, en la inteligencia de que cuenta con el V®B2 del Diree tor de Tesis ING. DIEGO GUERRERO LOPEZ. TEMA: "DISEflO X CALCULO DE ENCOFRADOS DE MADERA EN LA EDIPI™ CACION" CAPITDLO ' I.- GENERALIDADES CAPITULO II.- HEBRAMIENTA X MATERIA PHIMA CAPITDLO III.- CLASIFICACION DE ESPECIFICACIONES DE ACDERDO A LA DIRECCION GENERAL DE NORMAS (D.G.N.) DEL D.F. CAPITDLO IV.- PROCEDIMIENTO DE DISENO CAPITDLO V.- PROBLEMAS RESDELTOS (CDANTIFICACION DE MADEHA) ^ CAPITDLO VI.- COMPLEMENTOS DE DISENO CAPITDLO VII.- CONCLUSIONES BIBLIOGRAFIA Ruego a usted tomar debida nota de que en cumplimiento de lo especificado por la Ley de Profesiones, debera prestar su — Servicio Social durante un ano como requisito indispensablepara sustentar su Ex&nen Profesional.

A T E N T A M E N T E "LIS DE VERACRDZ: ARTE, CIENCIA,

ING. ALFONSO FERNANDEZ CONTRERAS DIRECTOR DE LA FACOLTAD DE INGENIERIA

£« Ingenierfi

AFC'msam. Parccla 43 Prolongaci6n de la Av. Revolucion

Apartado Postal No. 5:

Tdt'-fono U-73-03

A mis padres: SOSTENES VALDEZ PEREA. REYNA CARGXA ABRA. Por el apoyo y sacrificios que me brindaron con gratitud y carino.

A mis hermanos: MARIA ESTHER. MARGARITA. VICTOR ROBERTO. Por el impulso que me brindaron en los momentos de flaqueza.

Y a: Rosalia Ofelia y Mary Tona Por el apoyo brindado

A mi Director de Tesis: Ing.DIEGO GUERRERO LOPEZ. Por su apoyo y consejos.

A mi escuela con respeto y car iiio: UNIVERSIDAD VERACRUZANA

A mis companeros de escuela y amigos: JOSE LUIS MOSQUEDA CRUZ. MAXIMO ARENA SANCHEZ. SALOMON ALI PEREZ

I N D I C E ' TEMA "DISENO Y CALCULO DE ENCOFRADOS DE MADERA EN LA EDIFICACION". Pagina

CAPITULO

I.-

GENERALIDADES.................. INTRODUCCION................ ..

CAPITULO

1

1.1.

DEFINICION DE ENCOFRADO........

5

1.2.

IMPORTANCIA..............

5

1.3.

OBJETIVOS............

5

1.4.

CARACTERISTICAS. ................

5

HERRAMIENTA Y MATERIA PRIMA... .

7

II.11.1.

LAS HERRAMIENTAS QUE EMPLEA EL .. ENCOFRADO.........

CAPITULO

1

7

II. 2.

CLAVAZON......................

7

II. 2.

IMPORTANCIA DE LA MADERA.......

8

11.2. a CLASIFICACION DE LA MADERA.... .

8

11.2. b LAS PARTES FUNDAMENTALES SON.....

10

II. 3.

ASERRADO.. ....................

12

11.4.

CURADO 0 SECADO DE LA MADERA...

13

11.5.

DEFECTOS DE LA MADERA........

14

11.6.

MADERA LAMINADA (TRIPLAY).....(.

11.7.

CUANTIFICACION.................

III.-

CLASIFICACION DE ESPECIFICACIONES DE ACUERDO A LA DIRECCION GENE...

15 15

HAL DE NORMAS (B.G.N.) DEL D .P ,. 111.1.

17

EN LA PRESENTE NORMA LAS TABLAS. Y TABLONES SE CLASIFICAN EN CIN.

CAPITULO

CO GRADOS DE CALIDAD.......... .

17

111.2.

METODOS DE PRUEBA.............

20

111.3.

RESISTENCIA DE LA MADERA......

25

IV.-

PROCEDIMIENT0 DE DISENO.......

27

IV. 1.

CARGAS Y PRES IONES............

27

IV.2.

PRESION LATERAL DEL CONCRETO__

28

IV.3-

DISENO DE PIE DERECHO.........

30

IV. 3. a

CLASIFICAC ION...............

31

IV.3.b

DISENO DE PIE DERECHO........

31

IV.4.

FLEXOCOMPRESION PARALELA A LAS.. FIBRAS........................

IV.4.A

34

FLEXOTENSION PARALELA A LAS.... FIBRAS........................

38

IV.4.B

CORTANTE PARALELO A LASFIBRAS..

39

IV.4.C

ELEMENTOS ESPACIADOS..........

39

«

IV.4.D .COMPRESION EN DIRECCION INCLINA. DA CON RESPECTO A LAS FIBRAS...

41

IV. 4. E

DEFLEXIONES..............

42

IV.4. F

PREVISION DE COLUMNAS.........

42

IV.4.G

REVISION DE LA FLEXION........

43

IV.5.

DISENO DE VIGAS A FLEXION.....

44

IV. 5. A

VIGAS........................

44

IV. 5. B

FLECHA..... ...................

44

IV. 5. C

MOMENTO......................

45

IV. 6.

UNIONES..................

48

CAPITULO

IV. 6.A

EK PIjNCICN BE SU HUMEBAD......

IV. 6.B

UNIOKES CLAVABAS EM FUNCION DE. .

48

LA CAFGA IATEBAL..............

48

IV.6 .C

PLANO DE CCRTARTE.......'......

49

V.-

PROBLEMAS RESUELTCS...... .....

51

CUAMTIFICACICN DE MADERA.......

51

. V.l. V.l.A

ALGUNAS IDEAS SOBRE MCNTAJE DE.. TABLERC.......................

52

PUESTA EN OBRA........ ......

52

V.l.C

ANALISIS DE ZAPATA AISLADA.....

54

V.l.D

ANALISIS DE ZAPATA CORRIDA.....

58

V.l.E

ANALISIS t)E UN CONTRATRAEE.....

59

V.2 .

BOSQUEJO DE ENCOFRADO DE MUROS..

67

V.2 .A

p' r e x i m i n a r ,..,.....

67

V.2.B

CARRERAS.................... .

V.2.C

PRECAUCIONES ANTES DE HOBKIGO...

V . 1.B

V.2 .D V .3

...........

67

NAR................... .......

68

ANALISIS DE MUROS (SOTANO).....

68

EOSQUEJO DE ENCOFRADO DE COLUM.. NAS....................... ...

73

V.3.A

CLASES DE COLUMNAS............

73

V.3 .B

REFLANTEO DE UN PILAR..........

74

V.3.C

VERTICALIDAD..................

74

V.3.D

ALTURA DE TABLEROS............

75

V.3.E

PILAR DE SECCICN CIRCULAR......

75

V.3.F

VENTANA DE LIMPIEZA Y HORMIGO...

V.3.G

NADO................... ......

76

ANALISIS DE COLUMNA...........

76

V.4.

BOSQUEJO CONSTRUCTIVO DE ENCO... PRADO DE VIGAS....................

88

V.4.A

VIGA DE'FACEADA Y EXTERICRES---

88

V.4.B

PUESTA EN OBRA................

89

V.4.C

SEGURIDAD EN LOS FONT ALES......

89

V.4.D

VIGAS MAESTRAS Y VLGUETAS......

90

V.4.E

DESENCOFRADO...........

90

V.4.P

ANALISIS DE UNA TRABE..........

91

V. 4 .G

ANALrSIS DE ENCOFRADOS PARA LOSAS

V. 4 .H CAPITULO

DE ENTREPISOS....................

98

ANALISIS DE UNA UNION A TOPE....

111

VI.- COMPLEMENTOS DE DISERO......

CAPITULO VII.- CONCLUSIONES..................... BIBLIOGRAFIA.....................

116 125 128

CAPITULO I

GENERALIDADES INTRODUCCION. Una de las facetas en que la madera interviene como elemento resistente y fundamental es en los encofrados, motivo que me ha llevado a analizar; sus acetones, consecuencias, efectos f£s,i cos y t€chicos. Todos estos conceptos y principios son el dinamismo esencial para profundizarme en el an£lisis de la madera co mo uno de los elementos primordiales para el "ENCOFRADO", por su manejabilidad y nobleza que presentan al momento de utilizarlas, por muy duras que sean 4stas, ya que dentro de su clasificaci6n en funcidn de su procedencia son: maderas blandas y maderas du­ ras. Gracias a su manejabilidad podemos llegar a diseSos caprichosos, originados por la "ESTETICA", por reglamentos urbanos y otros por mero gusto del contratante, pues la parte ejecutora ejs ti para satisfacer. Es el porque un gran interns en este arte de confeccionar formas, moldes, tableros, etc., ya que el hormig6n por si solo es imposible de tomar la forma deseada de acuerdo a proyecto o proyectos, por ejemplo: Los elementos estructurales de una edificaci6n que sou el alma' de toda construcci6n en edificios principalmente hasta en una modesta construcciin de un nlvel asl una por una de sus par-.

1

tes hasta formar un todo. Donde tendri que sentirse que ha cobra do forma y vida, es con ello una de las satisfacciones de todo constructor, como: el Ingeniero, Arquitecto, Tlcnico y demis colaboradores etc. Una vet mis?considerando multiples y variedades constructivas en donde la madera entra a formar como parte indirecta supuestamente, en los elementos principales, como en los secundarios, tales como; fachadas, cadenas de cerramiento etc., es as£ como podemos definir una de sus tantas facetas en las que interviene en forma permanente o en corto tiempo. En aquellas ocaciones donde la madera interviene en forma permanente, es cuando le damos su valor e importancia porque vemos y analizamos su eficacia, seguridad, confiabilidad. La mayorla de veces lo hace en un periodo de tiempo reglamentario, es aqul donde lo hace en una forma silenciosa, callada sin que el profano note su presericia, pero que el ticnico sabe apreciar y valorar. La realidad es que son pocos los que observan y analizan al ver una pieza de hormigdn totalmente revestido (acabado), porque somos atraldos por su estitica, su esbeltez, su desproporcionali dad o mis bien por su forma, etc., ejemplo: Una escalera desde la mis sencilla hasta la mis complicada, una dala, trabe, contratrabe, castillo, columna, un entrepiso de la mis comdn hasta la mis sofisticada.

2

El verdadero valor del encofrado lo empesamos a sentir cuan do el concreto ha llegado a su fraguado Inicial, pues cuando observamos que los moldes no han sufrido alteraciones flsicas, al­ go tan maravilloso que nos llena de satisfaccifin es cuando quita mos los moldes (desencoframos}, por lo general cuando el elemento esti capacitado para soportar su proplo peso, como tambiin — cargas anexas para lo cual haya sldo disenado, o biin a las exigencias de proyectos y especificaciones. Pues solo la parte ticnica recordari la mano hdbil del moldeador y de toda forma ejecutada, mediante una labor abnegada el cual pocas veces se le reconoce su mirito del encofrador que sin embargo, ahi esti su obra totalmente bella bajo el toque mjgico, es pues una labor que pasa desapercibida para la mayoria, pues que este olvido no importe y mas bien no se subestime al encofra dor, que piense que en el hay algo de artista, ya que desde el inicio deberi valerse por sus propios conocimientos y experiencias, pues no encontrari en ningdn proyecto referenda alguna, dato, especifieaciin, etc., referente al encofrado. Solo unas formas y acabados ya definidos que estipulan los proyectos, tanto como estructural y arquitectdnico, en una forma muy abstracta, donde tendrd que utilizar su ingenio y su habilidad, su pericia, etc.

Naturalmente que el encofrador deber£ tomar en cuenta las caracteristicas de los elementos de un encofrado donde estar£ en funci6n directa la elaboraci6n del concreto, ya que serin muy — 3

distintos los encofrados para vigas de cimentaci6n que para vigas de pisos y aun dentro de estas habrd que atenerse a las caracterlsticas de cada caso. El encofrador deberd saber como actua mecdnicamente el hormigdn al ponerlo en el aolde, pues de ese conocimiento dependerd el disponer bien y adecuadamente las diaiensiones de los yugos — (barrotes), codales, tornapuntas, etc. El desconocimiento de esta mecdnica puede ocasionar desastres irreparables. Por lo que la prdctica es tan necesarla como la teorla ya que nos ensefla como resolver cientos de casos.

4

1.1. DEFINICION DE ENCOFRADO Es un sistema integrado por formas de madera, metal, plisti. co y sus soportes, cuya funciin es la de sostener el concreto, asi dar la forma deseada, hasta que iste alcanza su fraguado especificado y la resistencia para auto soportarse y soportar las cargas para lo cual fui diseftado. 1.2. IMPORTANCIA El costo del encofrado para una obra de concreto debe estar constituldo en un intervalo de 35 a 60# del costo total del con­ creto, por lo que el dise&o, elaboraciin y construcci6n de cimbras se requiere una buena justificaciin y una adecuada planeaci6n que garanticen economla y seguridad. 1.3. 0BJETIV0S a) Tener la geometrla del concreto b) No deformarse mis alii de las tolerancias del concreto (proyecto) c) Facilitar el vaclado. d) No permitir la perdida de fachada. I.V. CARACTERISTICAS a) Resistente b) Indeformable c) Ficll de armar d) Ficil de descimbrar 5

1.5. REQUISITOS Los encofrados deben de disefiarse tomando muy en cuenta los esfuerzos por un lado y la resistencia de los materiales (madera). Pues los tanteos generalmente ocacionan cimbras mal disena- das, subestimando o sobreestimando los esfuerzos ocacionados por el hormigin, dando por lo consiguiente rlesgosas fallas o un cos to exceslvo. En tirminos generales un encofrado se integra por dos estructuras: a) Encofrado de Contacto b) Obra Falsa. a) Encofrado de Contacto.- Es la que se encuentra directamente en contacto con el concreto y cuya misidn es dar la forna estipulada por el proyecto. Estos estin constituldos por; pineles, tarimas, moldes, duelas, etc. b) Obra Falsa.- La constltuyen elementos que trabajan estructuralmente, soportando a la cimbra de contacto, los elemen­ tos mis comines son: Vigas madrlnas, pies derechos, contravientos, carreras, etc. Los encofrados estarin limpios totalmente de dxidos, virutas, aserrin, etc., antes de vaciar el concreto.

e

C A P I T U L O

HERRAMIENTA

Y

II.

MATERIA PRIMA

CAPITULO II HERRAMIENTA Y MATERIA PRIMA

=T

"'vE

escuadra

j i

serrucho

nivel de mano

/t M

4 cepillo o garlopa



5 serrucho de costilla

n

6 hacha

G^3

10

barra de una

martillo

nlomada f ig.

II.1.

0

2.1

Las herramientas que emplea el encofrador son muy dis

tintas y variadas, aunque en tlrminos generales son muy identicas a las que usa un carpintero. (fig. 2.1) II.2. CLAVAZON En la tScnica del encofrado el arte de clavar dlfiere enormemente de la carpinterla. En Ista se busca que el clavo de las distintas piezas tengan la maxima duraci» G JO 0) C E O'O 0) TS *H rH X CD cO cr co CO ( G CD

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III.3. RESISTENCIA DE LA MADERA. De acuerdo con el reglamento de construcciones del Distrito Federal. El diseno estructural se hard sobre la base de esfuersos permisibles. A causa de los efectos y variaciones inherentes a la madera, es imposible asignarle esfuerzos unitarios de traibajo con la precision requerida desde el punto de vista de la ingenieria, — pues la madera presenta problemas mis complejos y variados que otros materiales. La elecc'iin del criterio para determinar los esfuerzos per­ misibles seri entonces particular para las condiciones de cada obra. Por lo que se admiten los siguientes esfuerzos de trabajo y midulo de elasticidad, en funciin de la dencidad aparente. De no obtenerse experimentalmente, el valor de la dencidad se supon

3

dri de 0.4 kg/dm , obteniendose los valores consignados en la ill tima columns de la siguiente tabla.’

25

TABLA V CONCEPTO

PARA CUALQlilER

f

PARA - 0.4 kg/cm2

Esfuerzo en flexidn o tensi6n simple

196^

60

Mddulo de elasticidad en flexidn o tensidn simple

190,000^

79,000

Esfuerzo en compresidn paralela a la fibra

143.5 tf4

57

Esfuerzo en compresi6n perpendi­ cular a la fibra

54.2?'

7

Mddulo de elasticidad en compresidn

238,000

95,000

Esfuerzo cortante

35

y

10

Para maderas selectas se pueden incrementar en un 30^6 los yalores anteriores, para maderas de segunda se tomari el 70#, pa ra maderas de tercera se tomard el 50$ de la mencionada tabla.

26

CAPITULO IV PROCEDIMIENTOS DE DISENO IV.1. CARGAS Y PRESIONES, El encofrado deberi soportar todas las cargas verticales y laterales, hasta que la estructura de concreto sea capaz de tomarlas por si mismas; estas cargas incluyen el peso de: Concreto Acero de refuerzo peso propio Carga de las vivas Las cargas del concreto, movimiento de equipo y la acciin del viento, producen fuerzas laterales que debe resistir 1§ obra falsa. Peso propio.- La cimbra de madera pesa de 50 a 75 kg/m . — cuando este peso es pequefio en comparacidn con el peso del con­ creto mis la carga viva puede depreciarse. Cargas vivas.- El comitS 622 A.C.I. recomienda una carga yi 2 va de construcciin de 250 kg/m , de proyecciin horizontal, que incluye el peso de los trabajadores, equipos andadores e impacto. Si usan volquetes motorizados, esta carga debe incrementarse

2

hasta 400 kg/m .

27

Alteraciones de carga.- Cuando las formas son contlnuas, el peso del concreto en un claro puede causar levantamiento en otro. Las formas deben disenarse para soportar este efecto, de no ser asi, deben construlrse como simplemente apoyadas. Normalmente es diflcil tener informacidn suficiente para calcular dstas cargas con exactitud. El Comite 622 A.C.I., recomienda las siguientes cargas mini mas laterales: a) En losas.- 150 kg/m. de borde la losa, o 2% de la carga muerta sobre la cimbra. (distribuldo como una carga por metro de losa), el que sea mayor. b) En muros.- Cargas de viento de 50 kg/m

2

o mayor si as£ -

lo exigen los codicos locales; en ningun caso menor de 150 kg/m de borde de muro, aplicada en la parte alta de la cimbra. IV.2. PRESION LATERAL DEL CONCRETO La profundidad del concreto en estado llquido varla con la temperature y con la velocidad del llenado. Si las formas se lie. nan a una velocidad de dos metros por hora, la presiAn serA ma­ yor que si se llena a una velocidad de un metro por hora. Como el concreto fresco no es un llquido perfecto es impost ble determinar la presidn exacta que se ejerce sobre las paredes del encofrado que esten en contacto, las pruebas indican que la presidn esti influenciada por los siguientes factores: 28

I9 Velocidad de llenado 2 9 Temperatura del concreto 3® Metodo de colado, a mano o con vibrador. La vibracidn interna del concreto lo consolida y producen presiones laterales, estas presiones son de 10 a 20$, mayores — que las que resultan cuando el concreto es varillado, porque entonces el concreto tiende a portarse como un fluido en toda la profundidad de vibracifin, el revibrado y la vibraci6n externa -producen cargas aun mayores. Durante el revibrado se han observa ' 2 do presiones hasta de 4800 kg/m , por metro de profundidad del concreto, el doble de la presi6n hidrostdtica. Hay otras variables que influyen en la presidn lateral, co­ mo son: el revenimiento, cantidad y localizacidn del acero de re fuerzo, temperatura, ambiente, tamano miximo del agregado, proce dimiento de colado, rugosidad de la cimbra, etc., sin embargo, con las prdcticas usuales de colado estas variables son poco sig nificativas y su efecto es generalmente despreciable. Dependiendo de su altura, el concreto fresco se comporta co mo gramlnea y como tierra por lo cual usando las f6rmulas de Han kine para empuje de tierras y Muer.sk para gramlneas* y llamando "h” a la altura del elemento y "a" a la minima seccidn del mismo, tendremos las siguientes fdrmulas si se considers al peso vo lumltrico y el dngulo de reposo del concreto fresco como constan tes.

29

T A B U VI

< 3 ii'rabes y Contratrabes)

h/

h/a > 3

(jvuros y Columnas)

RANKINE

y .? h

P

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K =•

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5 * 88 -[1.5(2+°, 5 )]= 84.25

*18-22 = .Zl.,r. §5. = 2.25 22-18 Sust. '

V 20 = 74 -[2.25(2+o] = 69.5

33

17.i. FLEXOCOKPPSSICT? PARALELA A LAS PIP"* S

Ben: A

P M .+ p 6eB _An* g An d < . fed ‘ fbd Cp ~ 1

P = 1 ouando EL/d

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kg/cm2 = 1 4 kg/cm2

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kg/m

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1 0 .2/2

5 .1 2

7/ = 1400 x 0.40 = 560 kg. ro/m

61

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I 73.4)(71.61)

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L FLECHA

= 0.030

L CORTE

= 15.55

= 1 . 0 1 m.

560

\J

I') J 78400)(365.: ' ■Si a 1.11 m. \| 560

oK

= 1.17 m.

560 Por lo tanto tendremos una "VIGA MADRIEA" (charrancha; ea rrera) y un torsal a cada metro, la viga madrina ir£ a 1 / 3

h. -

o sea a 0.70 hacia abajo. Calculo del torsal en forma empfrlca. Datoe:

Alargamiento

0.5 cm.

Longitud

150 cm.

Fuerza

50 kg.

Di&netro del alambre 3 mm.

2

A = V

02/4 = 3.1416 (

)2/4

0.070 cm 0.049 cm^

B = J & Al/l

FORMULA

Esfuerzo *

■= A

AL

0 ,5

cm

1

15 0

cm

3 9 -£ & — 0.07 cm

= 7 1 4 . 2 8 kg/cm 2

= 3.33 x 10 - 3

62

E =

7 1 4 .2 8

kg/cra2

3.33 x 10-3

s 214284 kg/cm

E = '2 .1 4 3 x 10 5 kg/em2 For lo que despejando "A" e

=

g/A

=

AL/L

jilJ

ALA

A . - 2 -

ALE Tambi