El encofrado es el sistema temporal o permanente de moldes, revestimientos, soportes, refuerzos y herrajes que se utilizan para dar forma y contener el concreto recién colocado durante la construcción, asegurando que mantenga las dimensiones, alineación y acabado superficial deseados hasta que se endurezca lo suficiente como para volverse autoportante.[1] Diseñado para soportar cargas verticales provenientes del peso del concreto húmedo y el refuerzo, así como cargas vivas de los trabajadores y equipos, el encofrado también resiste las presiones laterales ejercidas por el concreto fluido, que puede alcanzar niveles hidrostáticos dependiendo de la velocidad de vertido y la temperatura.[2] En el sentido más amplio, abarca toda la estructura de soporte para elementos de hormigón moldeados in situ, como muros, losas, vigas y columnas, y desempeña un papel fundamental para lograr la integridad estructural y la calidad estética. El encofrado ha evolucionado desde simples moldes de madera utilizados en la antigua construcción romana hasta sofisticados sistemas prefabricados y reutilizables en la ingeniería moderna.[3]
El propósito principal del encofrado es proporcionar contención y soporte seguros durante el estado plástico del concreto, evitando fugas de pasta de cemento (asegurando una construcción hermética al mortero) y minimizando la deflexión a no más de 1/270 del claro o 3/32 de pulgada, lo que sea menor.[4] Los componentes clave incluyen revestimiento (la superficie en contacto directo con el concreto), montantes y guías para refuerzo, amarres o anclajes para mantener juntas las formas opuestas y refuerzos o apuntalamientos para contrarrestar las fuerzas laterales y garantizar la estabilidad.[2] El diseño adecuado considera factores como la velocidad de colocación del concreto, la temperatura ambiente y los efectos de la vibración, con la presión lateral calculada usando fórmulas como las de ACI 347, donde la presión P=CwCc[150+9000(R/T)]P = C_w C_c [150 + 9000(R/T)]P=CwCc[150+9000(R/T)] (en psf) tiene en cuenta la fricción de la pared. (CwC_wCw), química (CcC_cCc) y tasa de vertido (RRR) en relación con la altura (TTT).[4]
Los materiales de encofrado varían según la aplicación y la reutilización, y los tipos comunes incluyen madera contrachapada (versátil para formas personalizadas pero absorbente a menos que esté recubierta), madera (económica para un solo uso), acero (duradero y preciso para formas repetitivas como columnas), aluminio (ligero y resistente a la corrosión) y tubos de plástico o fibra (para elementos de un solo uso como pilotes).[2] Los sistemas prefabricados, como paneles modulares o encofrados volantes para losas, mejoran la eficiencia en proyectos grandes, mientras que los encofrados permanentes (por ejemplo, plataformas metálicas o revestimientos que se mantienen en el lugar) se integran en la estructura final para reducir la mano de obra.[4] La selección prioriza la resistencia, la rigidez, la suavidad para la calidad del acabado y la facilidad de decapado sin dañar la superficie del concreto.
Encofrado
Introducción
El encofrado es el sistema temporal o permanente de moldes, revestimientos, soportes, refuerzos y herrajes que se utilizan para dar forma y contener el concreto recién colocado durante la construcción, asegurando que mantenga las dimensiones, alineación y acabado superficial deseados hasta que se endurezca lo suficiente como para volverse autoportante.[1] Diseñado para soportar cargas verticales provenientes del peso del concreto húmedo y el refuerzo, así como cargas vivas de los trabajadores y equipos, el encofrado también resiste las presiones laterales ejercidas por el concreto fluido, que puede alcanzar niveles hidrostáticos dependiendo de la velocidad de vertido y la temperatura.[2] En el sentido más amplio, abarca toda la estructura de soporte para elementos de hormigón moldeados in situ, como muros, losas, vigas y columnas, y desempeña un papel fundamental para lograr la integridad estructural y la calidad estética. El encofrado ha evolucionado desde simples moldes de madera utilizados en la antigua construcción romana hasta sofisticados sistemas prefabricados y reutilizables en la ingeniería moderna.[3]
El propósito principal del encofrado es proporcionar contención y soporte seguros durante el estado plástico del concreto, evitando fugas de pasta de cemento (asegurando una construcción hermética al mortero) y minimizando la deflexión a no más de 1/270 del claro o 3/32 de pulgada, lo que sea menor.[4] Los componentes clave incluyen revestimiento (la superficie en contacto directo con el concreto), montantes y guías para refuerzo, amarres o anclajes para mantener juntas las formas opuestas y refuerzos o apuntalamientos para contrarrestar las fuerzas laterales y garantizar la estabilidad.[2] El diseño adecuado considera factores como la velocidad de colocación del concreto, la temperatura ambiente y los efectos de la vibración, con la presión lateral calculada usando fórmulas como las de ACI 347, donde la presión P=CwCc[150+9000(R/T)]P = C_w C_c [150 + 9000(R/T)]P=CwCc[150+9000(R/T)] (en psf) tiene en cuenta la fricción de la pared. (CwC_wCw), química (CcC_cCc) y tasa de vertido (RRR) en relación con la altura (TTT).[4]
Los materiales de encofrado varían según la aplicación y la reutilización, y los tipos comunes incluyen madera contrachapada (versátil para formas personalizadas pero absorbente a menos que esté recubierta), madera (económica para un solo uso), acero (duradero y preciso para formas repetitivas como columnas), aluminio (ligero y resistente a la corrosión) y tubos de plástico o fibra (para elementos de un solo uso como pilotes).[2] Los sistemas prefabricados, como paneles modulares o encofrados volantes para losas, mejoran la eficiencia en proyectos grandes, mientras que los encofrados permanentes (por ejemplo, plataformas metálicas o revestimientos que se mantienen en el lugar) se integran en la estructura final para reducir la mano de obra.[4] La selección prioriza la resistencia, la rigidez, la suavidad para la calidad del acabado y la facilidad de decapado sin dañar la superficie del concreto.
En la práctica de la construcción, el encofrado representa del 20% al 60% del costo total del trabajo de concreto, lo que hace que el diseño económico sea esencial: los sistemas optimizados pueden reducir los gastos hasta en un 13% mediante el uso eficiente de materiales y un desperdicio mínimo.[2] Las normas de seguridad exigen que el encofrado se diseñe, fabrique, monte, soporte y apunte de manera que soporte todas las cargas verticales y laterales; inspeccionado antes, durante y después de la colocación del concreto; y se retira solo después de que el concreto haya alcanzado la resistencia adecuada para soportar su peso y todas las cargas colocadas sobre él.[5] Los agentes desmoldantes se aplican comúnmente a las superficies de los encofrados para evitar la unión y facilitar el desencofrado.[6] Los avances recientes en encofrados de materiales reutilizables, automatizados y reciclados han mejorado la sostenibilidad al disminuir el consumo de materiales y los plazos de construcción (a partir de 2025), aunque persisten desafíos como garantizar una vibración uniforme para la consolidación.[7]
Descripción general
Definición y propósito
El encofrado se refiere a los moldes y estructuras de soporte temporales o permanentes que se utilizan en la construcción de concreto para dar forma y contener concreto recién vertido, formando configuraciones geométricas para elementos como paredes, losas, columnas y vigas hasta que el concreto se endurece lo suficiente como para volverse autoportante. Como componente crítico del proceso de fundición, el encofrado no solo mantiene el concreto fluido en su lugar sino que también resiste las presiones ejercidas por la mezcla húmeda, el refuerzo y las actividades de construcción, asegurando que la estructura final cumpla con tolerancias dimensionales precisas.[8]
El propósito principal del encofrado es proporcionar soporte estructural durante las etapas iniciales de colocación y curado del concreto, al mismo tiempo que imparte el acabado superficial, la alineación y la integridad general requeridos al elemento endurecido.[9] Distingue entre sistemas temporales, que se retiran una vez que el hormigón alcanza la resistencia adecuada (normalmente después de 24 a 72 horas, dependiendo del diseño de la mezcla y las condiciones ambientales), y el encofrado permanente, que permanece integrado en la estructura para contribuir a la capacidad de carga, el aislamiento o las características arquitectónicas en diseños compuestos.[10] Este enfoque dual permite versatilidad en aplicaciones, desde hormigón armado estándar hasta sistemas híbridos avanzados donde el encofrado mejora el rendimiento a largo plazo.
En la práctica, el proceso de encofrado abarca el montaje de los moldes y soportes, el vertido y compactación del hormigón, el curado controlado para desarrollar resistencia y el posterior desmontaje de los elementos temporales, todo ello coordinado para minimizar las interrupciones en la obra.[11] Económicamente, los sistemas de encofrado efectivos reducen las demandas de mano de obra a través de la reutilización y la estandarización, limitan los errores en la alineación y el acabado que podrían llevar a costosas reelaboraciones y facilitan la realización de geometrías complejas inalcanzables solo con métodos de colado in situ, optimizando así los plazos del proyecto y el uso de materiales.[12] Estos beneficios son particularmente pronunciados en proyectos a gran escala, donde el encofrado puede representar hasta el 60% de los costos relacionados con el concreto, lo que subraya la necesidad de un diseño y ejecución eficientes.[8]
Desarrollo histórico
Los orígenes del encofrado de hormigón se remontan a la época romana, donde los ingenieros empleaban andamios de madera y moldes temporales para verter hormigón en estructuras de gran escala. Alrededor del año 126 d.C., estas técnicas permitieron la creación de edificios icónicos como el Panteón de Roma, con una precisión sin precedentes para cúpulas y arcos.
Durante el siglo XIX, la Revolución Industrial impulsó innovaciones en los materiales y el diseño de los encofrados, pasando de la madera a metales más duraderos. Los avances en el trabajo de metales introdujeron el hierro forjado y las primeras formas de acero, que proporcionaron mayor resistencia, reutilización y capacidad de ajuste para la fundición de hormigón en infraestructuras urbanas en expansión, como puentes y fábricas.
El siglo XX marcó un cambio hacia sistemas de encofrado industrializados y eficientes, particularmente después de la Segunda Guerra Mundial, cuando los componentes prefabricados de madera y metal se generalizaron para acelerar los esfuerzos de reconstrucción. Estos sistemas modulares redujeron la mano de obra y el desperdicio en el sitio, apoyando la rápida construcción de viviendas y edificios comerciales en Europa y América del Norte.[17][18] En la década de 1950, los encofrados deslizantes y trepantes surgieron como avances para la construcción de gran altura, permitiendo el vertido vertical continuo de muros y núcleos de hormigón; por ejemplo, los gatos hidráulicos de encofrado deslizante, desarrollados en Suecia alrededor de 1944, facilitaron la elevación perfecta de formas en estructuras como las primeras torres modernas. Los acontecimientos clave incluyeron el primer uso del encofrado de túneles en 1955, inventado por el ingeniero francés Guy Blond, que permitió el vaciado diario de unidades de habitaciones enteras para proyectos de vivienda rápidos y rentables en todo el mundo. En la década de 1970, los encofrados voladores evolucionaron para lograr la eficiencia de las losas, utilizando sistemas de vigas levantadas con grúas para formar y reposicionar rápidamente grandes paneles de piso en edificios de varios pisos, minimizando el tiempo de inactividad y la mano de obra.
En la era moderna, desde el año 2000, los encofrados han incorporado plásticos livianos, aleaciones de aluminio y compuestos de ingeniería para mejorar la portabilidad y la sostenibilidad, al tiempo que mejoran la reutilización.[23][7] Desde la década de 2010, la integración del modelado de información de construcción (BIM) ha revolucionado el diseño de encofrados, permitiendo la simulación digital del ensamblaje, la detección de conflictos y la optimización en proyectos complejos.[24] A partir de 2025, los avances recientes incluyen la automatización y la robótica para el manejo de encofrados, así como formas personalizables impresas en 3D, lo que mejora la eficiencia y la sostenibilidad en la construcción.
Materiales y componentes
Materiales comunes
La madera es uno de los materiales más utilizados en encofrados debido a su excelente relación resistencia-peso, amplia disponibilidad y facilidad de fabricación en obra.[26] Los tipos comunes incluyen maderas blandas como el pino y el abeto, que ofrecen buena trabajabilidad para formas personalizadas, y maderas duras como el roble para una mayor durabilidad en aplicaciones exigentes.[26] La madera contrachapada, particularmente el Plyform para exteriores con adhesivos resistentes a la humedad, proporciona superficies lisas que minimizan los costos de acabado del concreto.[27] Sin embargo, la madera es propensa a deformarse, hincharse debido a la exposición a la humedad y a una reutilización limitada, generalmente de 5 a 10 ciclos para el contrachapado B-B o B-C estándar y hasta 50 para las variantes superpuestas de alta densidad (HDO) con un mantenimiento adecuado.[27][28]
Los metales, particularmente el acero y el aluminio, se prefieren por su resistencia y longevidad superiores en proyectos repetitivos o de gran escala. El encofrado de acero proporciona alta rigidez y durabilidad, soporta cargas pesadas y permite una reutilización indefinida (a menudo de 200 a 500 ciclos) con lubricación regular para evitar la oxidación.[11][28] El aluminio, aleado para resistir la corrosión, es aproximadamente un 50% más liviano que el acero, ofrece un mejor manejo y una relación peso-resistencia que reduce las necesidades de mano de obra, con un potencial de reutilización de 150 a 300 ciclos.[26][28] Si bien el acero destaca en aplicaciones de alta resistencia, su peso puede complicar el transporte; El aluminio, aunque más fácil de maniobrar, es más susceptible a abolladuras y más difícil de reparar una vez deformado.[29][30]
Los plásticos y compuestos, incluida la madera contrachapada impregnada de resina fenólica, las láminas de PVC y los plásticos reforzados con fibra de vidrio, son cada vez más populares por su resistencia al agua y su capacidad para producir acabados de hormigón lisos y de alta calidad.[26] La fibra de vidrio ofrece una construcción liviana, flexibilidad para formas curvas o complejas y altas tasas de reutilización debido a su durabilidad y problemas mínimos de adhesión.[26] Los encofrados a base de PVC y polipropileno brindan excelente resistencia química y a la corrosión, modularidad liviana y hasta 100 reutilizaciones en sistemas modulares, aunque pueden requerir soportes para vertidos más gruesos.[31][32] Estos materiales reducen la mano de obra posterior al vertido al minimizar los defectos superficiales y son ideales para proyectos que priorizan la calidad del acabado sobre la capacidad de carga extrema.[33]
Otros materiales incluyen encofrados de hormigón permanentes para aplicaciones no removibles, donde el hormigón armado proporciona una durabilidad e integración con la estructura inigualables, y compuestos reciclados para prácticas sostenibles que reducen el impacto ambiental sin comprometer la resistencia.[34] La selección de los materiales del encofrado depende de factores como la escala del proyecto, las condiciones ambientales (por ejemplo, la humedad que afecta a la madera) y la rentabilidad general; por ejemplo, la madera es adecuada para trabajos pequeños y únicos debido a sus bajos costos iniciales (alrededor de 3 a 8 dólares por pie cuadrado a partir de 2025), mientras que el mayor gasto inicial del aluminio (aproximadamente 8 a 15 dólares por pie cuadrado a partir de 2025) se compensa con una reutilización extensiva en construcciones de gran volumen.[35]
Los tratamientos superficiales, en particular los agentes desmoldantes, son esenciales para evitar la adhesión del hormigón y prolongar la vida útil del material. Los tipos comunes incluyen agentes de barrera como aceite mineral o emulsiones de cera para encofrados de madera y acero, y agentes químicamente activos como formulaciones a base de aceite vegetal o silicona que reaccionan con el concreto para garantizar un decapado limpio. El aceite para encofrados de hormigón, un producto refinado a base de petróleo, se aplica ampliamente a la madera y los metales por su eficacia en condiciones de humedad y su compatibilidad con la mayoría de las superficies.[37]
Componentes esenciales
Los sistemas de encofrado se basan en un ensamblaje coordinado de elementos estructurales para moldear y soportar temporalmente el concreto durante su colocación y curado. Estos componentes esenciales incluyen paneles y láminas para contención, soportes y marcos para transferencia de carga, tirantes y tirantes para alineación y estabilidad, y diversos accesorios para un montaje seguro. Juntos, forman unidades modulares interconectadas que garantizan la integridad de la forma del hormigón y al mismo tiempo permiten prácticas de construcción eficientes.[38]
Los paneles y láminas proporcionan las superficies planas principales que contienen directamente el hormigón húmedo, dándole la forma deseada e influyendo en el acabado superficial final. Generalmente construidos con madera contrachapada, estos elementos están dispuestos para crear barreras sin costuras, con dimensiones comunes de 4 pies por 8 pies para facilitar el manejo y la cobertura. Las juntas de borde entre láminas se sellan o respaldan para evitar fugas de concreto y mantener la uniformidad, y a menudo se utilizan materiales como madera contrachapada B-B Plyform Clase I para mayor durabilidad y reutilización. Estos paneles transfieren la presión hidrostática del concreto a la estructura subyacente, lo que garantiza que el sistema resista la colocación sin deformarse.[39][40]
Los soportes y los marcos distribuyen las cargas desde los paneles al suelo u otras bases estables, manteniendo la estabilidad vertical y horizontal durante todo el vertido de hormigón. Esta categoría abarca vigas y montantes (miembros verticales u horizontales como madera de 2x4 espaciados a 12 pulgadas) que sostienen directamente el revestimiento contra las fuerzas de flexión. Las vigas y los listones de larguero actúan como elementos horizontales intermedios para unir los tramos y reforzar el conjunto, mientras que los puntales o apuntalamientos, a menudo postes de acero ajustables, proporcionan resistencia al levantamiento vertical. Por ejemplo, los puntales están interconectados con cordones para mejorar la rigidez general, formando una red similar a un andamio que se interconecta con paneles mediante clavos o pernos.
Tirantes y tirantes aseguran el encofrado contra las presiones laterales ejercidas por el hormigón, evitando la separación o desplazamiento de paneles opuestos. Los amarres de pared, como los amarres a presión hechos de varillas de acero con extremos rompibles, penetran a través de los encofrados para unir caras paralelas, generalmente espaciadas a 4 pies horizontalmente y 5 pies verticalmente para mantener un espesor de pared preciso. Los tirantes diagonales, a menudo puntales de acero o madera, conectan la estructura a anclajes externos o a la estructura misma, contrarrestando cualquier tendencia de movimiento lateral y asegurando la alineación vertical. Estos elementos se interconectan con el marco incrustándolos en guías o montantes, creando una red tensada que mantiene todo el conjunto en equilibrio.[41][40][38]
Principios de diseño
Consideraciones de ingeniería
El diseño del encofrado debe priorizar la estabilidad para soportar las cargas dinámicas encontradas durante la colocación y el curado del hormigón. Los factores clave de estabilidad incluyen la resistencia a las presiones laterales y verticales del concreto, que se pueden calcular utilizando fórmulas establecidas, como la presión lateral máxima para columnas dada por pmax=CwCc[150+9000R/T]p_{\max} = C_w C_c [150 + 9000 R / T]pmax=CwCc[150+9000R/T] lb/ft² (con un mínimo de 600 CwC_wCw lb/ft²), donde CwC_wCw es el coeficiente de peso unitario, CcC_cCc es un factor químico, RRR es la tasa de colocación y TTT es la temperatura.[42] Las cargas verticales abarcan el peso del hormigón fresco, el peso propio del encofrado y el personal de construcción, normalmente diseñadas con factores de seguridad de 1,2 a 2,0 dependiendo del material y la reutilización.[42] Las cargas de viento deben considerarse en un mínimo de 100 lb por pie lineal o 2% de la carga muerta total, lo que sea mayor, particularmente para estructuras altas expuestas.[42] La vibración del equipo o del vertido requiere tolerancias de presión adicionales, como hasta 150 lb/ft² para concreto de alta densidad en aplicaciones de encofrado deslizante, para evitar abultamientos o fallas.[42] Los límites de deflexión son fundamentales para mantener la integridad estructural, con recomendaciones para limitar las deflexiones a luz/360 para vigas bajo cargas vivas para evitar una distorsión excesiva, aunque se aplican límites más estrictos como luz/400 para acabados arquitectónicos.
La precisión y las tolerancias garantizan que el hormigón formado cumpla con los requisitos dimensionales y estéticos, lo que influye directamente en el rendimiento estructural y la calidad del acabado. La precisión dimensional generalmente requiere alineaciones dentro de ±1/8 de pulgada sobre 10 pies para elementos estructurales, según las especificaciones estándar, para evitar desalineaciones en fases de construcción posteriores.[44] Las tolerancias de calidad de la superficie, como los acabados Clase A que no permiten irregularidades de más de 1/8 de pulgada en 5 pies, son esenciales para que el concreto expuesto logre una apariencia uniforme sin formación de panales ni defectos.[42] Se emplean herramientas de alineación, incluidos niveles láser y plomadas ópticas, para verificar la verticalidad y la horizontalidad durante la instalación, lo que permite realizar ajustes antes del vertido para cumplir con estas tolerancias.[44]
La durabilidad y la reutilización son esenciales para un encofrado rentable, con diseños que representan múltiples ciclos (a menudo de 50 a 200 reutilizaciones para sistemas de ingeniería) y al mismo tiempo mitigan el desgaste por contacto y manipulación repetidos del concreto. Los factores que influyen en la durabilidad incluyen la selección de materiales, como madera resistente a la tensión o madera contrachapada revestida resistente a la absorción de humedad, e inspecciones periódicas para detectar grietas, deformaciones o degradación del revestimiento después de cada uso.[42] Las consideraciones ambientales, como la expansión inducida por la temperatura (por ejemplo, coeficientes de 6-12 × 10^{-6}/°F para encofrados de acero), requieren márgenes en las juntas para evitar la distorsión durante el curado en diferentes climas.[45] Los agentes desmoldantes que no manchan y una limpieza adecuada prolongan la vida útil al reducir la acumulación y la corrosión, lo que promueve la sostenibilidad mediante la reducción del desperdicio de material.[42]
El software avanzado y el cumplimiento de los estándares mejoran la confiabilidad del diseño, asumiendo principios fundamentales de ingeniería estructural. El análisis de elementos finitos (FEA) simula interacciones de carga complejas y distribuciones de tensiones en conjuntos de encofrados, identificando posibles puntos de falla en configuraciones no estándar, como paneles curvos.[46] Herramientas como ANSYS o modelos FEA personalizados permiten una optimización iterativa, asegurando el cumplimiento de los criterios de deflexión y presión antes de la fabricación.[47] Los diseños deben cumplir con las pautas de ACI 347 para encofrados de concreto (edición de 2014, reaprobada en 2021), que describen criterios de carga, factores de seguridad y prácticas de construcción, integrados con ACI 318 para concreto estructural y códigos de construcción locales.[42]
Análisis de carga y soporte
El análisis de carga y soporte en el diseño de encofrados implica calcular las fuerzas ejercidas por el hormigón fresco y otros elementos para garantizar la integridad estructural durante el vertido y el curado. La carga primaria es la presión hidrostática lateral del concreto fluido, que actúa perpendicular a las caras del encofrado y es máxima en la base. Esta presión viene dada fundamentalmente por la fórmula hidrostática P=ρghP = \rho g hP=ρgh, donde ρ\rhoρ es la densidad del concreto fresco (aproximadamente 150 lb/ft³), ggg es la aceleración gravitacional (generalmente incorporada como peso unitario en unidades imperiales) y hhh es la altura del vertido.[42] Para un diseño práctico, el American Concrete Institute (ACI) 347 refina esto para columnas y muros como pmax=CwCc[150+9000R/T]p_{\max} = C_w C_c [150 + 9000 R / T]pmax=CwCc[150+9000R/T] lb/ft² (con un mínimo de 600 CwC_wCw lb/ft² y máximo 150h150 h150h lb/ft²), donde RRR es la tasa de colocación en pies/h, TTT es la temperatura del concreto en °F, CwC_wCw es el coeficiente de peso unitario (1.0 para concreto que pesa 140-150 lb/ft³) y CcC_cCc es un factor químico (1.0 para cemento estándar); para vertidos rápidos que superan los 7 pies/h, las presiones pueden acercarse a 600 psf o más en la base para alturas de hasta 4 pies.[42] Esta variación con la tasa de vertido toma en cuenta el tiempo de fraguado del concreto, evitando la sobreestimación para colocaciones más lentas.[42]
Más allá de la presión hidrostática, el encofrado debe soportar cargas verticales y horizontales adicionales para mantener la estabilidad. Las cargas muertas incluyen el peso propio de los materiales del encofrado, el refuerzo y el concreto fresco, y generalmente suman alrededor de 100 a 150 psf dependiendo del espesor de la losa.[42] Las cargas vivas de los trabajadores, herramientas y equipos se estiman de manera conservadora en un mínimo de 50 psf en superficies horizontales (aumentando a 75 psf con carritos motorizados), con un mínimo combinado de muertos más vivos de 100 psf.[42] Las cargas ambientales, como el viento en formas verticales expuestas, requieren una presión de diseño mínima de 15 psf o según los códigos de construcción locales (por ejemplo, ASCE 7), aunque valores de hasta 20 psf son comunes en condiciones moderadas. Estas cargas se combinan con un factor general de seguridad que oscila entre 1,2 y 2,0, aplicado para garantizar que la capacidad del encofrado supere las demandas previstas, con factores más altos (por ejemplo, 2,0) para elementos críticos como tirantes y anclajes.[42] El refuerzo horizontal debe resistir al menos el 2 % de la carga muerta vertical o 100 lb por pie lineal, lo que sea mayor.[42]
El diseño de soporte se centra en distribuir estas cargas a través de elementos como vigas, largueros y puntales, al tiempo que se limitan las deflexiones y se garantiza el espaciamiento adecuado. Para encofrados horizontales, las vigas (por ejemplo, vigas de madera o acero) se analizan en cuanto a flexión y corte, y la deflexión se calcula utilizando la fórmula estándar para una viga simplemente apoyada uniformemente cargada:
Tipos de encofrado
Encofrado de losa
El encofrado de losas consiste en una plataforma horizontal sostenida por sistemas de apuntalamiento para dar forma y soportar temporalmente concreto recién vertido para pisos y techos en edificios de varios pisos. Estos sistemas garantizan que el hormigón mantenga su forma geométrica y su integridad estructural durante el curado y, por lo general, abarcan áreas desde habitaciones pequeñas hasta grandes pisos abiertos. Tradicionalmente dependiente de elementos de madera, el encofrado para losas ha evolucionado hacia sistemas modulares y prefabricados que mejoran la eficiencia, la seguridad y la reutilización en proyectos de construcción modernos.[51][52]
Los sistemas de vigas de madera, que a menudo utilizan pino o madera de ingeniería, como las vigas H20 (aproximadamente 8 pulgadas de alto por 3 pulgadas de ancho), brindan una solución rentable para estructuras de poca altura. Estas vigas están espaciadas entre 12 y 24 pulgadas y sostienen paneles de madera contrachapada que forman la superficie de la plataforma. Son livianos y adaptables a diseños irregulares, pero su montaje requiere mucha mano de obra, con ciclos de reutilización típicos de 5 a 10 para paneles de madera contrachapada y de 30 a 50 para las vigas con un mantenimiento adecuado.
Los sistemas de vigas metálicas emplean vigas en I de aluminio o acero para manejar cargas más pesadas en aplicaciones de mediana y gran altura, ofreciendo mayor rigidez y tiempos de instalación más rápidos en comparación con los de madera. Las variantes de aluminio son livianas pero duraderas, mientras que el acero proporciona una resistencia superior para tramos exigentes. Los costos iniciales son más altos, pero estos sistemas logran 50 o más ciclos de reutilización, y las formas de acero alcanzan potencialmente de 200 a 500 ciclos cuando se mantienen para evitar la corrosión.
Los encofrados modulares y de mesa utilizan paneles prefabricados montados sobre mesas o vigas ajustables, lo que permite un montaje rápido y una reubicación asistida por grúa mediante encofrados voladores para vertidos secuenciales en construcciones de varios pisos. Estos sistemas admiten losas de hasta 20 por 50 pies, lo que minimiza la mano de obra en el sitio y garantiza una calidad superficial constante. Son particularmente adecuados para diseños rectangulares en edificios comerciales, con una alta reutilización debido a los componentes estandarizados.[51][56]
Los encofrados de túnel integran encofrados de losa y muro en un único molde en forma de túnel para proyectos residenciales u hoteleros repetitivos, permitiendo el vaciado simultáneo de elementos horizontales y verticales. Los gatos hidráulicos facilitan la progresión vertical entre niveles, acelerando los tiempos de ciclo en viviendas de gran volumen. Este método sobresale en diseños uniformes pero ofrece una flexibilidad limitada para geometrías complejas.[51][57]
Estas variantes de encofrado para losas permiten verter concreto en áreas grandes, soportando losas de hasta varias pulgadas de espesor mientras distribuyen las cargas de manera efectiva a través del apuntalamiento. Las ventajas clave incluyen la reducción del tiempo de construcción y el desperdicio de material gracias a la reutilización, aunque desafíos como el control de las vibraciones durante el vertido (mediante un refuerzo y una secuenciación adecuados) siguen siendo fundamentales para prevenir defectos en la superficie.[52][51]
Encofrado de muros y columnas
Los sistemas de encofrado para muros y columnas están diseñados para contener y dar forma al concreto recién colocado para elementos estructurales verticales, asegurando una alineación precisa y resistencia a las presiones hidrostáticas ejercidas por el concreto fluido. Estos sistemas generalmente consisten en paneles rígidos sostenidos por tirantes, tirantes y largueros para mantener la integridad de la forma durante el vertido y el curado. A diferencia de los encofrados de losas horizontales, el encofrado de muros y columnas prioriza la contención de las fuerzas laterales y la plomada vertical para lograr superficies lisas y rectas.[38]
Los sistemas de paneles para paredes a menudo emplean encofrados en grupo, que son conjuntos grandes y reutilizables de paneles prefabricados que miden hasta 8 pies de ancho por 12 pies de alto, lo que permite la formación eficiente de paredes rectas en construcciones de gran volumen. Estos paneles, comúnmente hechos de madera contrachapada, acero o aluminio, se ensamblan en unidades modulares que se pueden colocar con grúa en su lugar y reutilizar varias veces, lo que reduce los costos de mano de obra y materiales. Para las columnas, las formas circulares utilizan paneles de acero o madera contrachapada curvada para crear perfiles redondeados, con configuraciones ajustables que se adaptan a varios diámetros.
Las configuraciones de tirantes y apuntalamientos son fundamentales para contrarrestar las presiones laterales del concreto en estos sistemas. Las bridas a presión, equipadas con conos de plástico, penetran a través de los paneles opuestos para asegurar el espesor de la pared (generalmente de 8 a 12 pulgadas) y resisten fuerzas de hasta 1,500 libras por pie cuadrado (psf), con conos sellando los orificios para minimizar las fugas de lechada y facilitar la eliminación limpia. Estos amarres están espaciados a intervalos según la altura de la pared, como 2 pies en el centro verticalmente para paredes de hasta 10 pies de altura, lo que garantiza una distribución uniforme de la carga. Los refuerzos, a menudo miembros de acero diagonales, proporcionan estabilidad adicional contra el viento o cargas excéntricas, mientras que los yugos (dispositivos de sujeción) rodean las formas de las columnas para mantener el redondeo y evitar que se abomben bajo presión.
El encofrado de muros tradicional implica una construcción hecha a mano utilizando madera y madera contrachapada en un ensamblaje estilo albañil, donde se erigen paneles individuales en el sitio para aplicaciones como sótanos y muros de contención, lo que ofrece flexibilidad pero requiere más mano de obra. Por el contrario, los sistemas prefabricados de aluminio modernos brindan mayor precisión y una instalación más rápida, con paneles livianos que se unen para lograr juntas y superficies precisas. Estos son particularmente adecuados para vertidos repetitivos en edificios de varios pisos o proyectos de infraestructura.[38][27]
Encofrado trepante
Los sistemas de encofrado trepante son soluciones de encofrado vertical especializadas diseñadas para avanzar de forma incremental con el proceso de construcción, permitiendo la construcción eficiente de estructuras altas como rascacielos, muros centrales y pozos. Estos sistemas permiten el uso repetido de los mismos paneles de encofrado a medida que se eleva la estructura, minimizando el manejo de materiales y soportando proyectos de gran altura donde las formas estacionarias tradicionales no serían prácticas debido a la altura y la logística.
El mecanismo principal implica levantar el encofrado en incrementos discretos de aproximadamente 1,2 a 2 metros (4 a 6,5 pies) después de que el concreto se haya curado parcialmente, generalmente usando gatos hidráulicos montados sobre yugos que suben a lo largo de varillas de acero incrustadas o rieles fijados a la estructura. Las variantes autotrepantes dependen del peso del hormigón recién vertido para proporcionar contrapeso, con cilindros hidráulicos que empujan el andamio hacia arriba manteniendo la conexión con el edificio en todo momento. Las opciones elevadas con grúa complementan esto elevando secciones entre ascensos, lo que reduce la dependencia de las grúas torre para los movimientos rutinarios.[63][64]
Los componentes clave incluyen rieles guiados o varillas trepadoras que garantizan la alineación vertical y la estabilidad, plataformas de trabajo integradas que brindan acceso seguro a los trabajadores durante los vertidos y ajustes, y controles hidráulicos automatizados para operaciones de elevación precisas. Estos elementos forman un conjunto modular que soporta paneles, barreras de seguridad y, a veces, características adicionales como pantallas de protección de bordes. La automatización mejora la velocidad operativa, permitiendo ascensos a un ritmo equivalente a 1 o 2 pisos por semana en condiciones óptimas.[65][66][67]
Las variantes de encofrado trepante consisten principalmente en encofrados de salto y encofrados deslizantes, cada uno de ellos adaptado a diferentes ritmos de construcción. Las formas de salto, a menudo elevadas con grúa o autotrepadas, avanzan a saltos después de cada ciclo de vertido y curado, lo que es ideal para edificios de varios pisos con niveles de piso definidos donde se pueden ocultar las juntas. Por el contrario, los encofrados deslizantes permiten un ascenso lento y continuo a velocidades de 150 a 300 mm (6 a 12 pulgadas) por hora durante el vertido, produciendo superficies sin costuras sin líneas de elevación visibles y comúnmente utilizadas para elementos verticales uniformes como silos o chimeneas.
Las aplicaciones se centran en muros centrales y pozos en construcciones de gran altura, como lo demostró el Burj Khalifa, donde los sistemas trepantes automáticos de Doka, incluidos los encofrados SKE 100 y Top 50, se utilizaron a lo largo de la década de 2000 para formar el núcleo de la estructura de manera eficiente en medio de geometrías variables. Estos sistemas destacan en entornos que requieren un rápido progreso vertical, como los rascacielos urbanos, al integrarse con la secuencia concreta del edificio.
Encofrados Flexibles y Especializados
Los sistemas de encofrado flexibles utilizan materiales adaptables para crear superficies de hormigón curvadas o irregulares que los paneles rígidos no pueden lograr. El encofrado de tela, que a menudo emplea geotextiles o telas reforzadas con neopreno, permite moldear el hormigón en tres dimensiones tensando el material sobre un marco, lo que permite formas orgánicas y reduce la necesidad de componentes cortados a medida.[75] Las formas inflables, generalmente hechas de membranas duraderas como PVC o caucho, se expanden neumáticamente para soportar estructuras de concreto de capa delgada, ofreciendo un despliegue liviano y un uso mínimo de material para geometrías complejas.
Las láminas metálicas delgadas, como el hierro corrugado o el acero galvanizado, brindan una opción de bajo costo para el doblado temporal de encofrados, particularmente en entornos con recursos limitados. A estas láminas se les puede dar forma in situ para formar paredes o arcos curvos, fijarlas con bridas o tirantes y se valoran por su durabilidad y facilidad de reutilización en proyectos de viviendas de bajo costo.[78]
Los encofrados especializados incluyen encofrados de hormigón con aislamiento permanente (ICF), que consisten en bloques de espuma entrelazados (a menudo poliestireno expandido) que permanecen en su lugar después del vertido, proporcionando aislamiento térmico y soporte estructural.[79] Para la construcción de puentes, sistemas como VARIOKIT de PERI ofrecen componentes modulares y ajustables para pilares y segmentos, lo que facilita una alineación precisa en elementos curvos o inclinados.[80] Los plásticos formados al vacío, creados termoformando láminas sobre moldes al vacío, producen revestimientos detallados para acabados arquitectónicos, impartiendo texturas o patrones a superficies de hormigón expuestas.[81]
Estos sistemas encuentran aplicaciones en elementos escultóricos, donde las formas textiles o inflables permiten diseños artísticos no lineales, como paredes onduladas, y en revestimientos de túneles, utilizando soportes metálicos o neumáticos adaptables para segmentos arqueados más allá de los vertidos rectangulares estándar.[82][83] Las ventajas clave incluyen una reducción significativa de desechos (hasta un 50 % menos de material que los métodos tradicionales) y la capacidad de realizar geometrías complejas que mejoran los resultados estéticos y funcionales.[84]
Las innovaciones emergentes desde la década de 2020 abarcan moldes impresos en 3D, que utilizan fabricación aditiva a gran escala para producir rápidamente encofrados personalizados y reciclables, minimizando la mano de obra y permitiendo detalles complejos.[85]
Procesos constructivos
Instalación y montaje
La preparación del sitio para la instalación del encofrado implica inspeccionar el sitio para establecer ubicaciones y elevaciones precisas de acuerdo con los planos del proyecto, limpiar el área para eliminar escombros y garantizar una base estable, y erigir andamios o plataformas de acceso para un posicionamiento seguro de los trabajadores.[86] La alineación se verifica utilizando herramientas como niveles automáticos y teodolitos para confirmar las condiciones de plomada y nivel, evitando desviaciones que podrían comprometer la integridad estructural.[9] Para los sistemas sustentados en el suelo, se colocan umbrales de barro o placas de base debajo de los puntales para distribuir las cargas uniformemente sobre el suelo.[86]
La secuencia de ensamblaje prioriza la estabilidad instalando primero soportes primarios, como apuntalamientos o postes, dispuestos en un espacio de rejilla determinado por análisis de ingeniería, generalmente de 4 a 8 pies de distancia para que el encofrado de losa maneje las cargas anticipadas.[86] A continuación, se colocan y aseguran los elementos estructurales horizontales como columnas, largueros y vigas, seguido de la fijación de paneles de encofrado o revestimiento mediante bridas, abrazaderas y tirantes para resistir las presiones laterales y mantener la alineación.[9] En los sistemas modulares, las unidades prefabricadas, como los encofrados de grupos o los encofrados de mesa, se colocan con grúa en su lugar y se interconectan, lo que permite un montaje rápido.[86]
Los controles de calidad son esenciales antes de la colocación del concreto, lo que implica inspecciones para garantizar que el encofrado esté a plomo dentro de las tolerancias (por ejemplo, ±1/4 de pulgada en 10 pies para alineación vertical), nivelado en las superficies y apretado para evitar fugas, a menudo usando líneas de hilo o niveles láser para la verificación.[86] Los agentes desmoldantes, como los recubrimientos a base de aceite o químicamente reactivos, se aplican en una capa fina a las superficies de contacto para minimizar la adhesión y facilitar el decapado evitando al mismo tiempo la interferencia con los acabados del concreto.[9]
Las herramientas comúnmente empleadas incluyen sierras para ajustes de paneles in situ, martillos o clavadoras neumáticas para fijación y llaves dinamométricas para lograr tensiones de sujeción específicas, garantizando conexiones seguras sin sobrecargar los componentes.[86] Los sistemas modulares, como los formularios de mesa, permiten un ensamblaje eficiente y, a menudo, completan la instalación de un piso completo en un día a través de conexiones estandarizadas y una fabricación personalizada mínima.[9]
Los errores comunes en la instalación, como la desalineación del encofrado debido a un refuerzo inadecuado o una colocación inadecuada de apuntalamiento, pueden resultar en retrabajos importantes, imprecisiones dimensionales y posibles riesgos de seguridad; estos se mitigan mediante la implementación de listas de verificación previas al ensamblaje, inspecciones progresivas durante el montaje y el cumplimiento de las pautas del fabricante.[86]
Vertido y curado de hormigón
El vertido de hormigón en el encofrado implica colocar cuidadosamente hormigón fresco para garantizar una distribución uniforme y la integridad estructural. El concreto generalmente se entrega mediante bombeo o canalización y se deposita en capas horizontales, conocidas como capas, de 2 a 4 pies (0,6 a 1,2 m) para minimizar la segregación y controlar la presión hidrostática en los encofrados. Después de cada levantamiento, el concreto se consolida usando vibradores internos o externos que funcionan a aproximadamente 10 000 a 11 500 vibraciones por minuto (vpm) para eliminar los huecos de aire y lograr una compactación densa sin sobrevibración, que podría causar segregación. La trabajabilidad de la mezcla se controla con un asentamiento de 4 a 6 pulgadas (100 a 150 mm), a menudo ajustado usando aditivos para mantener la fluidez durante la colocación.[89]
Las velocidades de vertido se controlan para evitar una presión lateral excesiva, particularmente para paredes o columnas altas, donde velocidades más lentas, como menos de 7 pies por hora (2,1 m/h), limitan la presión máxima a fórmulas como pmax=CwCc[150+9000RT]p_{\max} = C_w C_c \left[150 + \frac{9000 R}{T}\right]pmax=CwCc[150+T9000R] lb/ft² (con un mínimo de 600 CwC_wCw lb/ft²), donde RRR es la velocidad en pies/h y TTT es la temperatura del concreto en °F.[38] La siguiente capa no debe comenzar hasta que la capa anterior alcance el fraguado inicial, generalmente de 2 a 4 horas, lo que permite que el concreto se endurezca lo suficiente sin dejar de ser trabajable.[90] Durante el vertido, los encofrados se controlan para detectar fugas, abultamientos o desplazamientos mediante dispositivos indicadores e inspecciones visuales por parte de observadores de encofrados para garantizar la alineación y la plomada.[38]
El curado dentro de los encofrados comienza inmediatamente después de la colocación para promover la hidratación y el desarrollo de resistencia, y los encofrados proporcionan retención inicial de humedad al sellar la superficie del concreto. La humedad se mantiene aún más utilizando láminas húmedas de arpillera o polietileno en las partes superiores expuestas o, tras la eliminación temprana del encofrado, compuestos líquidos formadores de membranas según ASTM C309.[91][89] Las temperaturas ideales oscilan entre 50 y 80 °F (10 y 27 °C) para un curado óptimo, con monitoreo continuo mediante termopares para evitar gradientes térmicos que excedan los 20 °F (11 °C).[89] El concreto generalmente alcanza alrededor del 70 % de su resistencia a los 28 días después de 3 días en estas condiciones, lo que indica que está listo para el desencofrado en muchas aplicaciones.[92]
Los desafíos durante el vertido y el curado a menudo surgen de condiciones climáticas extremas. En condiciones frías por debajo de 50 °F (10 °C), se utilizan aditivos de aceleración o calentadores de gabinete para evitar la congelación y garantizar que el concreto alcance al menos 500 psi (3,5 MPa) antes de la exposición, según las pautas de ACI 306R.[93] Para climas cálidos por encima de 85 °F (29 °C), los aditivos retardantes y la sombra o nebulización reducen las tasas de evaporación que exceden 0,2 lb/ft²/h (1 kg/m²/h), mitigando el fraguado rápido y el posible agrietamiento como se describe en ACI 305R.[94]
Decapado y reutilización
El desencofrado comienza una vez que el concreto ha alcanzado suficiente resistencia a la compresión para soportar su propio peso y cualquier carga impuesta sin sufrir daños, según lo determine el ingeniero del proyecto de acuerdo con las pautas ACI 347.[38] Los criterios típicos incluyen un mínimo de 500 psi para elementos verticales como lados de paredes y columnas, lo que permite su eliminación después de 12 a 24 horas en condiciones normales, mientras que los elementos horizontales como losas requieren al menos 1500 psi, lo que a menudo corresponde a 3 a 7 días dependiendo del diseño de la mezcla y la temperatura.[95] La secuencia de desmontaje sigue un enfoque de arriba hacia abajo, comenzando con las formas del nivel superior y las caras verticales antes de los plafones, para evitar cargas desiguales y distorsiones estructurales en vertidos de varios pisos.[96]
El proceso de desmantelamiento implica aflojar sistemáticamente las ataduras, cuñas y abrazaderas del encofrado para liberar los paneles sin ejercer una fuerza indebida sobre el concreto curado. Las ataduras se desenroscan o cortan con herramientas adecuadas, seguido de un cuidadoso palanca de los paneles con cuñas de madera o palancas especializadas para evitar rayar la superficie; para formas particularmente adherentes o pegadas, se pueden emplear con prudencia sierras oscilantes o herramientas neumáticas para cortar las uniones y minimizar la vibración. Luego, los paneles se bajan mediante grúas o andamios de manera controlada, asegurando que no haya contacto con las caras de concreto terminadas que podrían causar desconchados o defectos.
El posdesmontaje, la limpieza y el mantenimiento son esenciales para preparar los componentes para su uso posterior, lo que implica raspar el hormigón residual con cepillos de fibra rígida o raspadores de madera, seguido de un lavado con agua o detergentes suaves para eliminar la lechada y los escombros.[27] Las áreas dañadas, como los agujeros de amarre en la madera contrachapada o los bordes de metal doblados, se reparan mediante parches o enderezamiento, y se aplican conservantes como aceites desmoldeadores o selladores para proteger contra la absorción de humedad y la deformación; Los encofrados de madera se inspeccionan para detectar fisuras o delaminación, y las piezas defectuosas se clasifican para su reparación o eliminación.[97]
Las estrategias de reutilización enfatizan la extensión del ciclo de vida para optimizar la economía, con formas de madera y madera contrachapada que generalmente duran de 5 a 10 ciclos antes de una degradación significativa, mientras que los sistemas metálicos como el acero o el aluminio pueden lograr 50 o más reutilizaciones mediante un mantenimiento sólido.[27][98] El seguimiento del uso a través de registros de inventario permite a los contratistas monitorear el desgaste, y el almacenamiento adecuado (apilados en áreas secas y ventiladas) previene la degradación ambiental como la putrefacción o la corrosión, lo que potencialmente reduce los costos generales del proyecto entre un 20% y un 30% en comparación con los sistemas de un solo uso.[97] Las piezas dañadas que no pueden repararse se envían a instalaciones de reciclaje, donde se funden los metales y se corta la madera para obtener mantillo o materiales compuestos, minimizando las contribuciones a los vertederos y alineándose con las prácticas de construcción sostenible.[99]
Seguridad y estándares
Prácticas de seguridad
Las operaciones de encofrado presentan varios riesgos importantes que pueden provocar lesiones o muertes de los trabajadores si no se manejan adecuadamente. Uno de los riesgos más críticos es el colapso estructural debido a sobrecarga o soporte inadecuado, a menudo como resultado de malas prácticas de apuntalamiento. Por ejemplo, en la década de 1980, múltiples incidentes pusieron de relieve este peligro; El colapso del condominio Harbor Cay en 1981 en Cocoa Beach, Florida, durante el vertido de la losa del techo, se atribuyó a una capacidad de soporte insuficiente y mató a 11 trabajadores. De manera similar, el colapso de L'Ambiance Plaza en 1987 en Bridgeport, Connecticut, implicó inestabilidad en el sistema de elevación, causando 28 muertes debido a la pérdida de soporte bajo carga. Más recientemente, en junio de 2020, se produjo el colapso de un encofrado de acero durante un vertido de hormigón en el Territorio de la Capital Australiana, lo que hirió a los trabajadores y subrayó la necesidad de inspecciones y apuntalamientos sólidos.[103] Las caídas desde alturas son otro peligro frecuente, ya que los trabajadores frecuentemente operan en plataformas o andamios elevados durante el montaje y el vertido.[104] Además, la exposición al concreto húmedo presenta riesgos de quemaduras químicas debido a sus propiedades alcalinas, y las salpicaduras en la piel o los ojos causan irritación grave o daño a los tejidos.[5]
Para mitigar estos peligros, son esenciales medidas preventivas integrales. Se debe usar equipo de protección personal (EPP), como arneses de cuerpo completo, cordones para detener caídas, guantes y protección para los ojos, para protegerse contra caídas y exposiciones químicas.[105] Se requieren inspecciones exhaustivas del encofrado, apuntalamiento y refuerzo antes de verter el concreto para verificar la estabilidad y evitar deformaciones laterales que pueden provocar fallas.[5] Los sistemas de refuerzo deben instalarse de forma segura para distribuir las cargas uniformemente y resistir fuerzas horizontales, asegurando que el encofrado permanezca vertical y estable.[97]
La capacitación desempeña un papel fundamental en la seguridad, y OSHA exige que los montadores de encofrados y los trabajadores relacionados reciban instrucción sobre cómo reconocer los peligros asociados con los andamios y las operaciones con concreto.[106] Esto incluye protocolos para la verificación de carga, donde los dibujos de ingeniería deben confirmar la capacidad del encofrado para manejar cargas verticales y laterales anticipadas sin fallas, lo que a menudo implica evaluaciones previas al vertido equivalentes a pruebas de carga.[5]
Los protocolos de emergencia son cruciales para una respuesta rápida a los incidentes. Se deben establecer y practicar planes de evacuación específicos del sitio para garantizar una salida ordenada en caso de colapso o inestabilidad.[107] Para exposiciones químicas, como salpicaduras de concreto húmedo o aceites desencofrantes, los primeros auxilios inmediatos implican enjuagar las áreas afectadas con agua durante al menos 15 minutos, seguido de una evaluación médica para prevenir complicaciones como quemaduras o sensibilización.
Las innovaciones recientes han mejorado la seguridad a través de la tecnología, en particular los sistemas de encofrado monitoreados por sensores adoptados después de 2015. Estos incluyen inclinómetros habilitados para IoT y sensores inalámbricos que brindan alertas en tiempo real sobre desviaciones en la alineación, tensión de carga o vibraciones, lo que permite ajustes proactivos para evitar fallas.[108] Estos sistemas, como los que integran el monitoreo de desplazamiento y presión en los andamios, se han implementado para detectar inestabilidad durante las operaciones, reduciendo los riesgos de colapso.[109]
Regulaciones y mejores prácticas de la industria
En los Estados Unidos, el encofrado está regulado principalmente según las normas de la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) en 29 CFR 1926 Subparte Q, que exige que el encofrado para concreto vaciado en el lugar se diseñe, fabrique, erija, soporte, apunte y mantenga de manera segura todas las cargas verticales y laterales, incluidas cargas muertas, cargas vivas, presión del concreto y fuerzas ambientales, sin fallas. Estas regulaciones requieren la presencia de planos de ingeniería para apuntalamiento, encofrado y andamios asociados en el sitio, junto con la supervisión de una persona calificada durante el montaje, colocación y remoción del concreto.[5] Las inspecciones deben realizarse inmediatamente antes, durante y después de la colocación del concreto hasta su remoción, y cualquier equipo de apuntalamiento dañado debe reforzarse o reemplazarse inmediatamente para evitar el colapso.[5] El apéndice de OSHA a 1926.703 proporciona pautas no obligatorias que enfatizan materiales fuertes, conexiones seguras y cimientos adecuados capaces de distribuir las cargas de manera uniforme.[110]
Como complemento a OSHA, el American Concrete Institute (ACI) publica ACI 347 como una guía integral de encofrados para concreto, reaprobada en 2021, que describe las mejores prácticas para la planificación, el diseño, la selección de materiales y la construcción para priorizar la seguridad, la calidad y la eficiencia económica.[42] La guía recomienda que los diseños de encofrados incorporen factores de seguridad apropiados para cargas como la presión hidrostática del concreto y el viento, con tolerancias especificadas para garantizar la integridad estructural y la calidad de la superficie.[42] Destaca el uso de materiales duraderos como madera contrachapada, acero y aluminio, junto con revestimientos para facilitar la liberación, y desaconseja el apuntalamiento de un solo poste de varios niveles debido a riesgos de estabilidad.[42] Para aplicaciones especiales, como encofrado deslizante u hormigón arquitectónico, ACI 347 detalla precauciones personalizadas, incluidos refuerzos resistentes a las vibraciones y controles ambientales para evitar defectos.[42]
En Europa, la norma europea EN 12812:2008 establece requisitos de rendimiento y métodos de diseño de estados límite para cimbras (estructuras temporales que a menudo soportan encofrados) divididas en dos clases de diseño según la complejidad y el riesgo, lo que garantiza la estabilidad bajo cargas específicas, como la presión del encofrado y el tráfico de la construcción.[111] Si bien la EN 12812 se centra en la cimbra más que en el encofrado en sí, requiere coordinación con el diseño del encofrado para evitar la deformación o el colapso, exigiendo inspecciones por parte de personal competente y documentación de los cálculos de estabilidad.[111] A nivel internacional, el Código de prácticas sobre seguridad y salud en la construcción de la Organización Internacional del Trabajo (OIT) recomienda que el encofrado y el apuntalamiento se monten, modifiquen y desmantelen únicamente bajo la supervisión de una persona competente que utilice trabajadores capacitados, con procedimientos claros para soportar, apuntalar y retirar la carga solo después de que el concreto alcance suficiente resistencia.[112]
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En la práctica de la construcción, el encofrado representa del 20% al 60% del costo total del trabajo de concreto, lo que hace que el diseño económico sea esencial: los sistemas optimizados pueden reducir los gastos hasta en un 13% mediante el uso eficiente de materiales y un desperdicio mínimo.[2] Las normas de seguridad exigen que el encofrado se diseñe, fabrique, monte, soporte y apunte de manera que soporte todas las cargas verticales y laterales; inspeccionado antes, durante y después de la colocación del concreto; y se retira solo después de que el concreto haya alcanzado la resistencia adecuada para soportar su peso y todas las cargas colocadas sobre él.[5] Los agentes desmoldantes se aplican comúnmente a las superficies de los encofrados para evitar la unión y facilitar el desencofrado.[6] Los avances recientes en encofrados de materiales reutilizables, automatizados y reciclados han mejorado la sostenibilidad al disminuir el consumo de materiales y los plazos de construcción (a partir de 2025), aunque persisten desafíos como garantizar una vibración uniforme para la consolidación.[7]
Descripción general
Definición y propósito
El encofrado se refiere a los moldes y estructuras de soporte temporales o permanentes que se utilizan en la construcción de concreto para dar forma y contener concreto recién vertido, formando configuraciones geométricas para elementos como paredes, losas, columnas y vigas hasta que el concreto se endurece lo suficiente como para volverse autoportante. Como componente crítico del proceso de fundición, el encofrado no solo mantiene el concreto fluido en su lugar sino que también resiste las presiones ejercidas por la mezcla húmeda, el refuerzo y las actividades de construcción, asegurando que la estructura final cumpla con tolerancias dimensionales precisas.[8]
El propósito principal del encofrado es proporcionar soporte estructural durante las etapas iniciales de colocación y curado del concreto, al mismo tiempo que imparte el acabado superficial, la alineación y la integridad general requeridos al elemento endurecido.[9] Distingue entre sistemas temporales, que se retiran una vez que el hormigón alcanza la resistencia adecuada (normalmente después de 24 a 72 horas, dependiendo del diseño de la mezcla y las condiciones ambientales), y el encofrado permanente, que permanece integrado en la estructura para contribuir a la capacidad de carga, el aislamiento o las características arquitectónicas en diseños compuestos.[10] Este enfoque dual permite versatilidad en aplicaciones, desde hormigón armado estándar hasta sistemas híbridos avanzados donde el encofrado mejora el rendimiento a largo plazo.
En la práctica, el proceso de encofrado abarca el montaje de los moldes y soportes, el vertido y compactación del hormigón, el curado controlado para desarrollar resistencia y el posterior desmontaje de los elementos temporales, todo ello coordinado para minimizar las interrupciones en la obra.[11] Económicamente, los sistemas de encofrado efectivos reducen las demandas de mano de obra a través de la reutilización y la estandarización, limitan los errores en la alineación y el acabado que podrían llevar a costosas reelaboraciones y facilitan la realización de geometrías complejas inalcanzables solo con métodos de colado in situ, optimizando así los plazos del proyecto y el uso de materiales.[12] Estos beneficios son particularmente pronunciados en proyectos a gran escala, donde el encofrado puede representar hasta el 60% de los costos relacionados con el concreto, lo que subraya la necesidad de un diseño y ejecución eficientes.[8]
Desarrollo histórico
Los orígenes del encofrado de hormigón se remontan a la época romana, donde los ingenieros empleaban andamios de madera y moldes temporales para verter hormigón en estructuras de gran escala. Alrededor del año 126 d.C., estas técnicas permitieron la creación de edificios icónicos como el Panteón de Roma, con una precisión sin precedentes para cúpulas y arcos.
Durante el siglo XIX, la Revolución Industrial impulsó innovaciones en los materiales y el diseño de los encofrados, pasando de la madera a metales más duraderos. Los avances en el trabajo de metales introdujeron el hierro forjado y las primeras formas de acero, que proporcionaron mayor resistencia, reutilización y capacidad de ajuste para la fundición de hormigón en infraestructuras urbanas en expansión, como puentes y fábricas.
El siglo XX marcó un cambio hacia sistemas de encofrado industrializados y eficientes, particularmente después de la Segunda Guerra Mundial, cuando los componentes prefabricados de madera y metal se generalizaron para acelerar los esfuerzos de reconstrucción. Estos sistemas modulares redujeron la mano de obra y el desperdicio en el sitio, apoyando la rápida construcción de viviendas y edificios comerciales en Europa y América del Norte.[17][18] En la década de 1950, los encofrados deslizantes y trepantes surgieron como avances para la construcción de gran altura, permitiendo el vertido vertical continuo de muros y núcleos de hormigón; por ejemplo, los gatos hidráulicos de encofrado deslizante, desarrollados en Suecia alrededor de 1944, facilitaron la elevación perfecta de formas en estructuras como las primeras torres modernas. Los acontecimientos clave incluyeron el primer uso del encofrado de túneles en 1955, inventado por el ingeniero francés Guy Blond, que permitió el vaciado diario de unidades de habitaciones enteras para proyectos de vivienda rápidos y rentables en todo el mundo. En la década de 1970, los encofrados voladores evolucionaron para lograr la eficiencia de las losas, utilizando sistemas de vigas levantadas con grúas para formar y reposicionar rápidamente grandes paneles de piso en edificios de varios pisos, minimizando el tiempo de inactividad y la mano de obra.
En la era moderna, desde el año 2000, los encofrados han incorporado plásticos livianos, aleaciones de aluminio y compuestos de ingeniería para mejorar la portabilidad y la sostenibilidad, al tiempo que mejoran la reutilización.[23][7] Desde la década de 2010, la integración del modelado de información de construcción (BIM) ha revolucionado el diseño de encofrados, permitiendo la simulación digital del ensamblaje, la detección de conflictos y la optimización en proyectos complejos.[24] A partir de 2025, los avances recientes incluyen la automatización y la robótica para el manejo de encofrados, así como formas personalizables impresas en 3D, lo que mejora la eficiencia y la sostenibilidad en la construcción.
Materiales y componentes
Materiales comunes
La madera es uno de los materiales más utilizados en encofrados debido a su excelente relación resistencia-peso, amplia disponibilidad y facilidad de fabricación en obra.[26] Los tipos comunes incluyen maderas blandas como el pino y el abeto, que ofrecen buena trabajabilidad para formas personalizadas, y maderas duras como el roble para una mayor durabilidad en aplicaciones exigentes.[26] La madera contrachapada, particularmente el Plyform para exteriores con adhesivos resistentes a la humedad, proporciona superficies lisas que minimizan los costos de acabado del concreto.[27] Sin embargo, la madera es propensa a deformarse, hincharse debido a la exposición a la humedad y a una reutilización limitada, generalmente de 5 a 10 ciclos para el contrachapado B-B o B-C estándar y hasta 50 para las variantes superpuestas de alta densidad (HDO) con un mantenimiento adecuado.[27][28]
Los metales, particularmente el acero y el aluminio, se prefieren por su resistencia y longevidad superiores en proyectos repetitivos o de gran escala. El encofrado de acero proporciona alta rigidez y durabilidad, soporta cargas pesadas y permite una reutilización indefinida (a menudo de 200 a 500 ciclos) con lubricación regular para evitar la oxidación.[11][28] El aluminio, aleado para resistir la corrosión, es aproximadamente un 50% más liviano que el acero, ofrece un mejor manejo y una relación peso-resistencia que reduce las necesidades de mano de obra, con un potencial de reutilización de 150 a 300 ciclos.[26][28] Si bien el acero destaca en aplicaciones de alta resistencia, su peso puede complicar el transporte; El aluminio, aunque más fácil de maniobrar, es más susceptible a abolladuras y más difícil de reparar una vez deformado.[29][30]
Los plásticos y compuestos, incluida la madera contrachapada impregnada de resina fenólica, las láminas de PVC y los plásticos reforzados con fibra de vidrio, son cada vez más populares por su resistencia al agua y su capacidad para producir acabados de hormigón lisos y de alta calidad.[26] La fibra de vidrio ofrece una construcción liviana, flexibilidad para formas curvas o complejas y altas tasas de reutilización debido a su durabilidad y problemas mínimos de adhesión.[26] Los encofrados a base de PVC y polipropileno brindan excelente resistencia química y a la corrosión, modularidad liviana y hasta 100 reutilizaciones en sistemas modulares, aunque pueden requerir soportes para vertidos más gruesos.[31][32] Estos materiales reducen la mano de obra posterior al vertido al minimizar los defectos superficiales y son ideales para proyectos que priorizan la calidad del acabado sobre la capacidad de carga extrema.[33]
Otros materiales incluyen encofrados de hormigón permanentes para aplicaciones no removibles, donde el hormigón armado proporciona una durabilidad e integración con la estructura inigualables, y compuestos reciclados para prácticas sostenibles que reducen el impacto ambiental sin comprometer la resistencia.[34] La selección de los materiales del encofrado depende de factores como la escala del proyecto, las condiciones ambientales (por ejemplo, la humedad que afecta a la madera) y la rentabilidad general; por ejemplo, la madera es adecuada para trabajos pequeños y únicos debido a sus bajos costos iniciales (alrededor de 3 a 8 dólares por pie cuadrado a partir de 2025), mientras que el mayor gasto inicial del aluminio (aproximadamente 8 a 15 dólares por pie cuadrado a partir de 2025) se compensa con una reutilización extensiva en construcciones de gran volumen.[35]
Los tratamientos superficiales, en particular los agentes desmoldantes, son esenciales para evitar la adhesión del hormigón y prolongar la vida útil del material. Los tipos comunes incluyen agentes de barrera como aceite mineral o emulsiones de cera para encofrados de madera y acero, y agentes químicamente activos como formulaciones a base de aceite vegetal o silicona que reaccionan con el concreto para garantizar un decapado limpio. El aceite para encofrados de hormigón, un producto refinado a base de petróleo, se aplica ampliamente a la madera y los metales por su eficacia en condiciones de humedad y su compatibilidad con la mayoría de las superficies.[37]
Componentes esenciales
Los sistemas de encofrado se basan en un ensamblaje coordinado de elementos estructurales para moldear y soportar temporalmente el concreto durante su colocación y curado. Estos componentes esenciales incluyen paneles y láminas para contención, soportes y marcos para transferencia de carga, tirantes y tirantes para alineación y estabilidad, y diversos accesorios para un montaje seguro. Juntos, forman unidades modulares interconectadas que garantizan la integridad de la forma del hormigón y al mismo tiempo permiten prácticas de construcción eficientes.[38]
Los paneles y láminas proporcionan las superficies planas principales que contienen directamente el hormigón húmedo, dándole la forma deseada e influyendo en el acabado superficial final. Generalmente construidos con madera contrachapada, estos elementos están dispuestos para crear barreras sin costuras, con dimensiones comunes de 4 pies por 8 pies para facilitar el manejo y la cobertura. Las juntas de borde entre láminas se sellan o respaldan para evitar fugas de concreto y mantener la uniformidad, y a menudo se utilizan materiales como madera contrachapada B-B Plyform Clase I para mayor durabilidad y reutilización. Estos paneles transfieren la presión hidrostática del concreto a la estructura subyacente, lo que garantiza que el sistema resista la colocación sin deformarse.[39][40]
Los soportes y los marcos distribuyen las cargas desde los paneles al suelo u otras bases estables, manteniendo la estabilidad vertical y horizontal durante todo el vertido de hormigón. Esta categoría abarca vigas y montantes (miembros verticales u horizontales como madera de 2x4 espaciados a 12 pulgadas) que sostienen directamente el revestimiento contra las fuerzas de flexión. Las vigas y los listones de larguero actúan como elementos horizontales intermedios para unir los tramos y reforzar el conjunto, mientras que los puntales o apuntalamientos, a menudo postes de acero ajustables, proporcionan resistencia al levantamiento vertical. Por ejemplo, los puntales están interconectados con cordones para mejorar la rigidez general, formando una red similar a un andamio que se interconecta con paneles mediante clavos o pernos.
Tirantes y tirantes aseguran el encofrado contra las presiones laterales ejercidas por el hormigón, evitando la separación o desplazamiento de paneles opuestos. Los amarres de pared, como los amarres a presión hechos de varillas de acero con extremos rompibles, penetran a través de los encofrados para unir caras paralelas, generalmente espaciadas a 4 pies horizontalmente y 5 pies verticalmente para mantener un espesor de pared preciso. Los tirantes diagonales, a menudo puntales de acero o madera, conectan la estructura a anclajes externos o a la estructura misma, contrarrestando cualquier tendencia de movimiento lateral y asegurando la alineación vertical. Estos elementos se interconectan con el marco incrustándolos en guías o montantes, creando una red tensada que mantiene todo el conjunto en equilibrio.[41][40][38]
Principios de diseño
Consideraciones de ingeniería
El diseño del encofrado debe priorizar la estabilidad para soportar las cargas dinámicas encontradas durante la colocación y el curado del hormigón. Los factores clave de estabilidad incluyen la resistencia a las presiones laterales y verticales del concreto, que se pueden calcular utilizando fórmulas establecidas, como la presión lateral máxima para columnas dada por pmax=CwCc[150+9000R/T]p_{\max} = C_w C_c [150 + 9000 R / T]pmax=CwCc[150+9000R/T] lb/ft² (con un mínimo de 600 CwC_wCw lb/ft²), donde CwC_wCw es el coeficiente de peso unitario, CcC_cCc es un factor químico, RRR es la tasa de colocación y TTT es la temperatura.[42] Las cargas verticales abarcan el peso del hormigón fresco, el peso propio del encofrado y el personal de construcción, normalmente diseñadas con factores de seguridad de 1,2 a 2,0 dependiendo del material y la reutilización.[42] Las cargas de viento deben considerarse en un mínimo de 100 lb por pie lineal o 2% de la carga muerta total, lo que sea mayor, particularmente para estructuras altas expuestas.[42] La vibración del equipo o del vertido requiere tolerancias de presión adicionales, como hasta 150 lb/ft² para concreto de alta densidad en aplicaciones de encofrado deslizante, para evitar abultamientos o fallas.[42] Los límites de deflexión son fundamentales para mantener la integridad estructural, con recomendaciones para limitar las deflexiones a luz/360 para vigas bajo cargas vivas para evitar una distorsión excesiva, aunque se aplican límites más estrictos como luz/400 para acabados arquitectónicos.
La precisión y las tolerancias garantizan que el hormigón formado cumpla con los requisitos dimensionales y estéticos, lo que influye directamente en el rendimiento estructural y la calidad del acabado. La precisión dimensional generalmente requiere alineaciones dentro de ±1/8 de pulgada sobre 10 pies para elementos estructurales, según las especificaciones estándar, para evitar desalineaciones en fases de construcción posteriores.[44] Las tolerancias de calidad de la superficie, como los acabados Clase A que no permiten irregularidades de más de 1/8 de pulgada en 5 pies, son esenciales para que el concreto expuesto logre una apariencia uniforme sin formación de panales ni defectos.[42] Se emplean herramientas de alineación, incluidos niveles láser y plomadas ópticas, para verificar la verticalidad y la horizontalidad durante la instalación, lo que permite realizar ajustes antes del vertido para cumplir con estas tolerancias.[44]
La durabilidad y la reutilización son esenciales para un encofrado rentable, con diseños que representan múltiples ciclos (a menudo de 50 a 200 reutilizaciones para sistemas de ingeniería) y al mismo tiempo mitigan el desgaste por contacto y manipulación repetidos del concreto. Los factores que influyen en la durabilidad incluyen la selección de materiales, como madera resistente a la tensión o madera contrachapada revestida resistente a la absorción de humedad, e inspecciones periódicas para detectar grietas, deformaciones o degradación del revestimiento después de cada uso.[42] Las consideraciones ambientales, como la expansión inducida por la temperatura (por ejemplo, coeficientes de 6-12 × 10^{-6}/°F para encofrados de acero), requieren márgenes en las juntas para evitar la distorsión durante el curado en diferentes climas.[45] Los agentes desmoldantes que no manchan y una limpieza adecuada prolongan la vida útil al reducir la acumulación y la corrosión, lo que promueve la sostenibilidad mediante la reducción del desperdicio de material.[42]
El software avanzado y el cumplimiento de los estándares mejoran la confiabilidad del diseño, asumiendo principios fundamentales de ingeniería estructural. El análisis de elementos finitos (FEA) simula interacciones de carga complejas y distribuciones de tensiones en conjuntos de encofrados, identificando posibles puntos de falla en configuraciones no estándar, como paneles curvos.[46] Herramientas como ANSYS o modelos FEA personalizados permiten una optimización iterativa, asegurando el cumplimiento de los criterios de deflexión y presión antes de la fabricación.[47] Los diseños deben cumplir con las pautas de ACI 347 para encofrados de concreto (edición de 2014, reaprobada en 2021), que describen criterios de carga, factores de seguridad y prácticas de construcción, integrados con ACI 318 para concreto estructural y códigos de construcción locales.[42]
Análisis de carga y soporte
El análisis de carga y soporte en el diseño de encofrados implica calcular las fuerzas ejercidas por el hormigón fresco y otros elementos para garantizar la integridad estructural durante el vertido y el curado. La carga primaria es la presión hidrostática lateral del concreto fluido, que actúa perpendicular a las caras del encofrado y es máxima en la base. Esta presión viene dada fundamentalmente por la fórmula hidrostática P=ρghP = \rho g hP=ρgh, donde ρ\rhoρ es la densidad del concreto fresco (aproximadamente 150 lb/ft³), ggg es la aceleración gravitacional (generalmente incorporada como peso unitario en unidades imperiales) y hhh es la altura del vertido.[42] Para un diseño práctico, el American Concrete Institute (ACI) 347 refina esto para columnas y muros como pmax=CwCc[150+9000R/T]p_{\max} = C_w C_c [150 + 9000 R / T]pmax=CwCc[150+9000R/T] lb/ft² (con un mínimo de 600 CwC_wCw lb/ft² y máximo 150h150 h150h lb/ft²), donde RRR es la tasa de colocación en pies/h, TTT es la temperatura del concreto en °F, CwC_wCw es el coeficiente de peso unitario (1.0 para concreto que pesa 140-150 lb/ft³) y CcC_cCc es un factor químico (1.0 para cemento estándar); para vertidos rápidos que superan los 7 pies/h, las presiones pueden acercarse a 600 psf o más en la base para alturas de hasta 4 pies.[42] Esta variación con la tasa de vertido toma en cuenta el tiempo de fraguado del concreto, evitando la sobreestimación para colocaciones más lentas.[42]
Más allá de la presión hidrostática, el encofrado debe soportar cargas verticales y horizontales adicionales para mantener la estabilidad. Las cargas muertas incluyen el peso propio de los materiales del encofrado, el refuerzo y el concreto fresco, y generalmente suman alrededor de 100 a 150 psf dependiendo del espesor de la losa.[42] Las cargas vivas de los trabajadores, herramientas y equipos se estiman de manera conservadora en un mínimo de 50 psf en superficies horizontales (aumentando a 75 psf con carritos motorizados), con un mínimo combinado de muertos más vivos de 100 psf.[42] Las cargas ambientales, como el viento en formas verticales expuestas, requieren una presión de diseño mínima de 15 psf o según los códigos de construcción locales (por ejemplo, ASCE 7), aunque valores de hasta 20 psf son comunes en condiciones moderadas. Estas cargas se combinan con un factor general de seguridad que oscila entre 1,2 y 2,0, aplicado para garantizar que la capacidad del encofrado supere las demandas previstas, con factores más altos (por ejemplo, 2,0) para elementos críticos como tirantes y anclajes.[42] El refuerzo horizontal debe resistir al menos el 2 % de la carga muerta vertical o 100 lb por pie lineal, lo que sea mayor.[42]
El diseño de soporte se centra en distribuir estas cargas a través de elementos como vigas, largueros y puntales, al tiempo que se limitan las deflexiones y se garantiza el espaciamiento adecuado. Para encofrados horizontales, las vigas (por ejemplo, vigas de madera o acero) se analizan en cuanto a flexión y corte, y la deflexión se calcula utilizando la fórmula estándar para una viga simplemente apoyada uniformemente cargada:
Tipos de encofrado
Encofrado de losa
El encofrado de losas consiste en una plataforma horizontal sostenida por sistemas de apuntalamiento para dar forma y soportar temporalmente concreto recién vertido para pisos y techos en edificios de varios pisos. Estos sistemas garantizan que el hormigón mantenga su forma geométrica y su integridad estructural durante el curado y, por lo general, abarcan áreas desde habitaciones pequeñas hasta grandes pisos abiertos. Tradicionalmente dependiente de elementos de madera, el encofrado para losas ha evolucionado hacia sistemas modulares y prefabricados que mejoran la eficiencia, la seguridad y la reutilización en proyectos de construcción modernos.[51][52]
Los sistemas de vigas de madera, que a menudo utilizan pino o madera de ingeniería, como las vigas H20 (aproximadamente 8 pulgadas de alto por 3 pulgadas de ancho), brindan una solución rentable para estructuras de poca altura. Estas vigas están espaciadas entre 12 y 24 pulgadas y sostienen paneles de madera contrachapada que forman la superficie de la plataforma. Son livianos y adaptables a diseños irregulares, pero su montaje requiere mucha mano de obra, con ciclos de reutilización típicos de 5 a 10 para paneles de madera contrachapada y de 30 a 50 para las vigas con un mantenimiento adecuado.
Los sistemas de vigas metálicas emplean vigas en I de aluminio o acero para manejar cargas más pesadas en aplicaciones de mediana y gran altura, ofreciendo mayor rigidez y tiempos de instalación más rápidos en comparación con los de madera. Las variantes de aluminio son livianas pero duraderas, mientras que el acero proporciona una resistencia superior para tramos exigentes. Los costos iniciales son más altos, pero estos sistemas logran 50 o más ciclos de reutilización, y las formas de acero alcanzan potencialmente de 200 a 500 ciclos cuando se mantienen para evitar la corrosión.
Los encofrados modulares y de mesa utilizan paneles prefabricados montados sobre mesas o vigas ajustables, lo que permite un montaje rápido y una reubicación asistida por grúa mediante encofrados voladores para vertidos secuenciales en construcciones de varios pisos. Estos sistemas admiten losas de hasta 20 por 50 pies, lo que minimiza la mano de obra en el sitio y garantiza una calidad superficial constante. Son particularmente adecuados para diseños rectangulares en edificios comerciales, con una alta reutilización debido a los componentes estandarizados.[51][56]
Los encofrados de túnel integran encofrados de losa y muro en un único molde en forma de túnel para proyectos residenciales u hoteleros repetitivos, permitiendo el vaciado simultáneo de elementos horizontales y verticales. Los gatos hidráulicos facilitan la progresión vertical entre niveles, acelerando los tiempos de ciclo en viviendas de gran volumen. Este método sobresale en diseños uniformes pero ofrece una flexibilidad limitada para geometrías complejas.[51][57]
Estas variantes de encofrado para losas permiten verter concreto en áreas grandes, soportando losas de hasta varias pulgadas de espesor mientras distribuyen las cargas de manera efectiva a través del apuntalamiento. Las ventajas clave incluyen la reducción del tiempo de construcción y el desperdicio de material gracias a la reutilización, aunque desafíos como el control de las vibraciones durante el vertido (mediante un refuerzo y una secuenciación adecuados) siguen siendo fundamentales para prevenir defectos en la superficie.[52][51]
Encofrado de muros y columnas
Los sistemas de encofrado para muros y columnas están diseñados para contener y dar forma al concreto recién colocado para elementos estructurales verticales, asegurando una alineación precisa y resistencia a las presiones hidrostáticas ejercidas por el concreto fluido. Estos sistemas generalmente consisten en paneles rígidos sostenidos por tirantes, tirantes y largueros para mantener la integridad de la forma durante el vertido y el curado. A diferencia de los encofrados de losas horizontales, el encofrado de muros y columnas prioriza la contención de las fuerzas laterales y la plomada vertical para lograr superficies lisas y rectas.[38]
Los sistemas de paneles para paredes a menudo emplean encofrados en grupo, que son conjuntos grandes y reutilizables de paneles prefabricados que miden hasta 8 pies de ancho por 12 pies de alto, lo que permite la formación eficiente de paredes rectas en construcciones de gran volumen. Estos paneles, comúnmente hechos de madera contrachapada, acero o aluminio, se ensamblan en unidades modulares que se pueden colocar con grúa en su lugar y reutilizar varias veces, lo que reduce los costos de mano de obra y materiales. Para las columnas, las formas circulares utilizan paneles de acero o madera contrachapada curvada para crear perfiles redondeados, con configuraciones ajustables que se adaptan a varios diámetros.
Las configuraciones de tirantes y apuntalamientos son fundamentales para contrarrestar las presiones laterales del concreto en estos sistemas. Las bridas a presión, equipadas con conos de plástico, penetran a través de los paneles opuestos para asegurar el espesor de la pared (generalmente de 8 a 12 pulgadas) y resisten fuerzas de hasta 1,500 libras por pie cuadrado (psf), con conos sellando los orificios para minimizar las fugas de lechada y facilitar la eliminación limpia. Estos amarres están espaciados a intervalos según la altura de la pared, como 2 pies en el centro verticalmente para paredes de hasta 10 pies de altura, lo que garantiza una distribución uniforme de la carga. Los refuerzos, a menudo miembros de acero diagonales, proporcionan estabilidad adicional contra el viento o cargas excéntricas, mientras que los yugos (dispositivos de sujeción) rodean las formas de las columnas para mantener el redondeo y evitar que se abomben bajo presión.
El encofrado de muros tradicional implica una construcción hecha a mano utilizando madera y madera contrachapada en un ensamblaje estilo albañil, donde se erigen paneles individuales en el sitio para aplicaciones como sótanos y muros de contención, lo que ofrece flexibilidad pero requiere más mano de obra. Por el contrario, los sistemas prefabricados de aluminio modernos brindan mayor precisión y una instalación más rápida, con paneles livianos que se unen para lograr juntas y superficies precisas. Estos son particularmente adecuados para vertidos repetitivos en edificios de varios pisos o proyectos de infraestructura.[38][27]
Encofrado trepante
Los sistemas de encofrado trepante son soluciones de encofrado vertical especializadas diseñadas para avanzar de forma incremental con el proceso de construcción, permitiendo la construcción eficiente de estructuras altas como rascacielos, muros centrales y pozos. Estos sistemas permiten el uso repetido de los mismos paneles de encofrado a medida que se eleva la estructura, minimizando el manejo de materiales y soportando proyectos de gran altura donde las formas estacionarias tradicionales no serían prácticas debido a la altura y la logística.
El mecanismo principal implica levantar el encofrado en incrementos discretos de aproximadamente 1,2 a 2 metros (4 a 6,5 pies) después de que el concreto se haya curado parcialmente, generalmente usando gatos hidráulicos montados sobre yugos que suben a lo largo de varillas de acero incrustadas o rieles fijados a la estructura. Las variantes autotrepantes dependen del peso del hormigón recién vertido para proporcionar contrapeso, con cilindros hidráulicos que empujan el andamio hacia arriba manteniendo la conexión con el edificio en todo momento. Las opciones elevadas con grúa complementan esto elevando secciones entre ascensos, lo que reduce la dependencia de las grúas torre para los movimientos rutinarios.[63][64]
Los componentes clave incluyen rieles guiados o varillas trepadoras que garantizan la alineación vertical y la estabilidad, plataformas de trabajo integradas que brindan acceso seguro a los trabajadores durante los vertidos y ajustes, y controles hidráulicos automatizados para operaciones de elevación precisas. Estos elementos forman un conjunto modular que soporta paneles, barreras de seguridad y, a veces, características adicionales como pantallas de protección de bordes. La automatización mejora la velocidad operativa, permitiendo ascensos a un ritmo equivalente a 1 o 2 pisos por semana en condiciones óptimas.[65][66][67]
Las variantes de encofrado trepante consisten principalmente en encofrados de salto y encofrados deslizantes, cada uno de ellos adaptado a diferentes ritmos de construcción. Las formas de salto, a menudo elevadas con grúa o autotrepadas, avanzan a saltos después de cada ciclo de vertido y curado, lo que es ideal para edificios de varios pisos con niveles de piso definidos donde se pueden ocultar las juntas. Por el contrario, los encofrados deslizantes permiten un ascenso lento y continuo a velocidades de 150 a 300 mm (6 a 12 pulgadas) por hora durante el vertido, produciendo superficies sin costuras sin líneas de elevación visibles y comúnmente utilizadas para elementos verticales uniformes como silos o chimeneas.
Las aplicaciones se centran en muros centrales y pozos en construcciones de gran altura, como lo demostró el Burj Khalifa, donde los sistemas trepantes automáticos de Doka, incluidos los encofrados SKE 100 y Top 50, se utilizaron a lo largo de la década de 2000 para formar el núcleo de la estructura de manera eficiente en medio de geometrías variables. Estos sistemas destacan en entornos que requieren un rápido progreso vertical, como los rascacielos urbanos, al integrarse con la secuencia concreta del edificio.
Encofrados Flexibles y Especializados
Los sistemas de encofrado flexibles utilizan materiales adaptables para crear superficies de hormigón curvadas o irregulares que los paneles rígidos no pueden lograr. El encofrado de tela, que a menudo emplea geotextiles o telas reforzadas con neopreno, permite moldear el hormigón en tres dimensiones tensando el material sobre un marco, lo que permite formas orgánicas y reduce la necesidad de componentes cortados a medida.[75] Las formas inflables, generalmente hechas de membranas duraderas como PVC o caucho, se expanden neumáticamente para soportar estructuras de concreto de capa delgada, ofreciendo un despliegue liviano y un uso mínimo de material para geometrías complejas.
Las láminas metálicas delgadas, como el hierro corrugado o el acero galvanizado, brindan una opción de bajo costo para el doblado temporal de encofrados, particularmente en entornos con recursos limitados. A estas láminas se les puede dar forma in situ para formar paredes o arcos curvos, fijarlas con bridas o tirantes y se valoran por su durabilidad y facilidad de reutilización en proyectos de viviendas de bajo costo.[78]
Los encofrados especializados incluyen encofrados de hormigón con aislamiento permanente (ICF), que consisten en bloques de espuma entrelazados (a menudo poliestireno expandido) que permanecen en su lugar después del vertido, proporcionando aislamiento térmico y soporte estructural.[79] Para la construcción de puentes, sistemas como VARIOKIT de PERI ofrecen componentes modulares y ajustables para pilares y segmentos, lo que facilita una alineación precisa en elementos curvos o inclinados.[80] Los plásticos formados al vacío, creados termoformando láminas sobre moldes al vacío, producen revestimientos detallados para acabados arquitectónicos, impartiendo texturas o patrones a superficies de hormigón expuestas.[81]
Estos sistemas encuentran aplicaciones en elementos escultóricos, donde las formas textiles o inflables permiten diseños artísticos no lineales, como paredes onduladas, y en revestimientos de túneles, utilizando soportes metálicos o neumáticos adaptables para segmentos arqueados más allá de los vertidos rectangulares estándar.[82][83] Las ventajas clave incluyen una reducción significativa de desechos (hasta un 50 % menos de material que los métodos tradicionales) y la capacidad de realizar geometrías complejas que mejoran los resultados estéticos y funcionales.[84]
Las innovaciones emergentes desde la década de 2020 abarcan moldes impresos en 3D, que utilizan fabricación aditiva a gran escala para producir rápidamente encofrados personalizados y reciclables, minimizando la mano de obra y permitiendo detalles complejos.[85]
Procesos constructivos
Instalación y montaje
La preparación del sitio para la instalación del encofrado implica inspeccionar el sitio para establecer ubicaciones y elevaciones precisas de acuerdo con los planos del proyecto, limpiar el área para eliminar escombros y garantizar una base estable, y erigir andamios o plataformas de acceso para un posicionamiento seguro de los trabajadores.[86] La alineación se verifica utilizando herramientas como niveles automáticos y teodolitos para confirmar las condiciones de plomada y nivel, evitando desviaciones que podrían comprometer la integridad estructural.[9] Para los sistemas sustentados en el suelo, se colocan umbrales de barro o placas de base debajo de los puntales para distribuir las cargas uniformemente sobre el suelo.[86]
La secuencia de ensamblaje prioriza la estabilidad instalando primero soportes primarios, como apuntalamientos o postes, dispuestos en un espacio de rejilla determinado por análisis de ingeniería, generalmente de 4 a 8 pies de distancia para que el encofrado de losa maneje las cargas anticipadas.[86] A continuación, se colocan y aseguran los elementos estructurales horizontales como columnas, largueros y vigas, seguido de la fijación de paneles de encofrado o revestimiento mediante bridas, abrazaderas y tirantes para resistir las presiones laterales y mantener la alineación.[9] En los sistemas modulares, las unidades prefabricadas, como los encofrados de grupos o los encofrados de mesa, se colocan con grúa en su lugar y se interconectan, lo que permite un montaje rápido.[86]
Los controles de calidad son esenciales antes de la colocación del concreto, lo que implica inspecciones para garantizar que el encofrado esté a plomo dentro de las tolerancias (por ejemplo, ±1/4 de pulgada en 10 pies para alineación vertical), nivelado en las superficies y apretado para evitar fugas, a menudo usando líneas de hilo o niveles láser para la verificación.[86] Los agentes desmoldantes, como los recubrimientos a base de aceite o químicamente reactivos, se aplican en una capa fina a las superficies de contacto para minimizar la adhesión y facilitar el decapado evitando al mismo tiempo la interferencia con los acabados del concreto.[9]
Las herramientas comúnmente empleadas incluyen sierras para ajustes de paneles in situ, martillos o clavadoras neumáticas para fijación y llaves dinamométricas para lograr tensiones de sujeción específicas, garantizando conexiones seguras sin sobrecargar los componentes.[86] Los sistemas modulares, como los formularios de mesa, permiten un ensamblaje eficiente y, a menudo, completan la instalación de un piso completo en un día a través de conexiones estandarizadas y una fabricación personalizada mínima.[9]
Los errores comunes en la instalación, como la desalineación del encofrado debido a un refuerzo inadecuado o una colocación inadecuada de apuntalamiento, pueden resultar en retrabajos importantes, imprecisiones dimensionales y posibles riesgos de seguridad; estos se mitigan mediante la implementación de listas de verificación previas al ensamblaje, inspecciones progresivas durante el montaje y el cumplimiento de las pautas del fabricante.[86]
Vertido y curado de hormigón
El vertido de hormigón en el encofrado implica colocar cuidadosamente hormigón fresco para garantizar una distribución uniforme y la integridad estructural. El concreto generalmente se entrega mediante bombeo o canalización y se deposita en capas horizontales, conocidas como capas, de 2 a 4 pies (0,6 a 1,2 m) para minimizar la segregación y controlar la presión hidrostática en los encofrados. Después de cada levantamiento, el concreto se consolida usando vibradores internos o externos que funcionan a aproximadamente 10 000 a 11 500 vibraciones por minuto (vpm) para eliminar los huecos de aire y lograr una compactación densa sin sobrevibración, que podría causar segregación. La trabajabilidad de la mezcla se controla con un asentamiento de 4 a 6 pulgadas (100 a 150 mm), a menudo ajustado usando aditivos para mantener la fluidez durante la colocación.[89]
Las velocidades de vertido se controlan para evitar una presión lateral excesiva, particularmente para paredes o columnas altas, donde velocidades más lentas, como menos de 7 pies por hora (2,1 m/h), limitan la presión máxima a fórmulas como pmax=CwCc[150+9000RT]p_{\max} = C_w C_c \left[150 + \frac{9000 R}{T}\right]pmax=CwCc[150+T9000R] lb/ft² (con un mínimo de 600 CwC_wCw lb/ft²), donde RRR es la velocidad en pies/h y TTT es la temperatura del concreto en °F.[38] La siguiente capa no debe comenzar hasta que la capa anterior alcance el fraguado inicial, generalmente de 2 a 4 horas, lo que permite que el concreto se endurezca lo suficiente sin dejar de ser trabajable.[90] Durante el vertido, los encofrados se controlan para detectar fugas, abultamientos o desplazamientos mediante dispositivos indicadores e inspecciones visuales por parte de observadores de encofrados para garantizar la alineación y la plomada.[38]
El curado dentro de los encofrados comienza inmediatamente después de la colocación para promover la hidratación y el desarrollo de resistencia, y los encofrados proporcionan retención inicial de humedad al sellar la superficie del concreto. La humedad se mantiene aún más utilizando láminas húmedas de arpillera o polietileno en las partes superiores expuestas o, tras la eliminación temprana del encofrado, compuestos líquidos formadores de membranas según ASTM C309.[91][89] Las temperaturas ideales oscilan entre 50 y 80 °F (10 y 27 °C) para un curado óptimo, con monitoreo continuo mediante termopares para evitar gradientes térmicos que excedan los 20 °F (11 °C).[89] El concreto generalmente alcanza alrededor del 70 % de su resistencia a los 28 días después de 3 días en estas condiciones, lo que indica que está listo para el desencofrado en muchas aplicaciones.[92]
Los desafíos durante el vertido y el curado a menudo surgen de condiciones climáticas extremas. En condiciones frías por debajo de 50 °F (10 °C), se utilizan aditivos de aceleración o calentadores de gabinete para evitar la congelación y garantizar que el concreto alcance al menos 500 psi (3,5 MPa) antes de la exposición, según las pautas de ACI 306R.[93] Para climas cálidos por encima de 85 °F (29 °C), los aditivos retardantes y la sombra o nebulización reducen las tasas de evaporación que exceden 0,2 lb/ft²/h (1 kg/m²/h), mitigando el fraguado rápido y el posible agrietamiento como se describe en ACI 305R.[94]
Decapado y reutilización
El desencofrado comienza una vez que el concreto ha alcanzado suficiente resistencia a la compresión para soportar su propio peso y cualquier carga impuesta sin sufrir daños, según lo determine el ingeniero del proyecto de acuerdo con las pautas ACI 347.[38] Los criterios típicos incluyen un mínimo de 500 psi para elementos verticales como lados de paredes y columnas, lo que permite su eliminación después de 12 a 24 horas en condiciones normales, mientras que los elementos horizontales como losas requieren al menos 1500 psi, lo que a menudo corresponde a 3 a 7 días dependiendo del diseño de la mezcla y la temperatura.[95] La secuencia de desmontaje sigue un enfoque de arriba hacia abajo, comenzando con las formas del nivel superior y las caras verticales antes de los plafones, para evitar cargas desiguales y distorsiones estructurales en vertidos de varios pisos.[96]
El proceso de desmantelamiento implica aflojar sistemáticamente las ataduras, cuñas y abrazaderas del encofrado para liberar los paneles sin ejercer una fuerza indebida sobre el concreto curado. Las ataduras se desenroscan o cortan con herramientas adecuadas, seguido de un cuidadoso palanca de los paneles con cuñas de madera o palancas especializadas para evitar rayar la superficie; para formas particularmente adherentes o pegadas, se pueden emplear con prudencia sierras oscilantes o herramientas neumáticas para cortar las uniones y minimizar la vibración. Luego, los paneles se bajan mediante grúas o andamios de manera controlada, asegurando que no haya contacto con las caras de concreto terminadas que podrían causar desconchados o defectos.
El posdesmontaje, la limpieza y el mantenimiento son esenciales para preparar los componentes para su uso posterior, lo que implica raspar el hormigón residual con cepillos de fibra rígida o raspadores de madera, seguido de un lavado con agua o detergentes suaves para eliminar la lechada y los escombros.[27] Las áreas dañadas, como los agujeros de amarre en la madera contrachapada o los bordes de metal doblados, se reparan mediante parches o enderezamiento, y se aplican conservantes como aceites desmoldeadores o selladores para proteger contra la absorción de humedad y la deformación; Los encofrados de madera se inspeccionan para detectar fisuras o delaminación, y las piezas defectuosas se clasifican para su reparación o eliminación.[97]
Las estrategias de reutilización enfatizan la extensión del ciclo de vida para optimizar la economía, con formas de madera y madera contrachapada que generalmente duran de 5 a 10 ciclos antes de una degradación significativa, mientras que los sistemas metálicos como el acero o el aluminio pueden lograr 50 o más reutilizaciones mediante un mantenimiento sólido.[27][98] El seguimiento del uso a través de registros de inventario permite a los contratistas monitorear el desgaste, y el almacenamiento adecuado (apilados en áreas secas y ventiladas) previene la degradación ambiental como la putrefacción o la corrosión, lo que potencialmente reduce los costos generales del proyecto entre un 20% y un 30% en comparación con los sistemas de un solo uso.[97] Las piezas dañadas que no pueden repararse se envían a instalaciones de reciclaje, donde se funden los metales y se corta la madera para obtener mantillo o materiales compuestos, minimizando las contribuciones a los vertederos y alineándose con las prácticas de construcción sostenible.[99]
Seguridad y estándares
Prácticas de seguridad
Las operaciones de encofrado presentan varios riesgos importantes que pueden provocar lesiones o muertes de los trabajadores si no se manejan adecuadamente. Uno de los riesgos más críticos es el colapso estructural debido a sobrecarga o soporte inadecuado, a menudo como resultado de malas prácticas de apuntalamiento. Por ejemplo, en la década de 1980, múltiples incidentes pusieron de relieve este peligro; El colapso del condominio Harbor Cay en 1981 en Cocoa Beach, Florida, durante el vertido de la losa del techo, se atribuyó a una capacidad de soporte insuficiente y mató a 11 trabajadores. De manera similar, el colapso de L'Ambiance Plaza en 1987 en Bridgeport, Connecticut, implicó inestabilidad en el sistema de elevación, causando 28 muertes debido a la pérdida de soporte bajo carga. Más recientemente, en junio de 2020, se produjo el colapso de un encofrado de acero durante un vertido de hormigón en el Territorio de la Capital Australiana, lo que hirió a los trabajadores y subrayó la necesidad de inspecciones y apuntalamientos sólidos.[103] Las caídas desde alturas son otro peligro frecuente, ya que los trabajadores frecuentemente operan en plataformas o andamios elevados durante el montaje y el vertido.[104] Además, la exposición al concreto húmedo presenta riesgos de quemaduras químicas debido a sus propiedades alcalinas, y las salpicaduras en la piel o los ojos causan irritación grave o daño a los tejidos.[5]
Para mitigar estos peligros, son esenciales medidas preventivas integrales. Se debe usar equipo de protección personal (EPP), como arneses de cuerpo completo, cordones para detener caídas, guantes y protección para los ojos, para protegerse contra caídas y exposiciones químicas.[105] Se requieren inspecciones exhaustivas del encofrado, apuntalamiento y refuerzo antes de verter el concreto para verificar la estabilidad y evitar deformaciones laterales que pueden provocar fallas.[5] Los sistemas de refuerzo deben instalarse de forma segura para distribuir las cargas uniformemente y resistir fuerzas horizontales, asegurando que el encofrado permanezca vertical y estable.[97]
La capacitación desempeña un papel fundamental en la seguridad, y OSHA exige que los montadores de encofrados y los trabajadores relacionados reciban instrucción sobre cómo reconocer los peligros asociados con los andamios y las operaciones con concreto.[106] Esto incluye protocolos para la verificación de carga, donde los dibujos de ingeniería deben confirmar la capacidad del encofrado para manejar cargas verticales y laterales anticipadas sin fallas, lo que a menudo implica evaluaciones previas al vertido equivalentes a pruebas de carga.[5]
Los protocolos de emergencia son cruciales para una respuesta rápida a los incidentes. Se deben establecer y practicar planes de evacuación específicos del sitio para garantizar una salida ordenada en caso de colapso o inestabilidad.[107] Para exposiciones químicas, como salpicaduras de concreto húmedo o aceites desencofrantes, los primeros auxilios inmediatos implican enjuagar las áreas afectadas con agua durante al menos 15 minutos, seguido de una evaluación médica para prevenir complicaciones como quemaduras o sensibilización.
Las innovaciones recientes han mejorado la seguridad a través de la tecnología, en particular los sistemas de encofrado monitoreados por sensores adoptados después de 2015. Estos incluyen inclinómetros habilitados para IoT y sensores inalámbricos que brindan alertas en tiempo real sobre desviaciones en la alineación, tensión de carga o vibraciones, lo que permite ajustes proactivos para evitar fallas.[108] Estos sistemas, como los que integran el monitoreo de desplazamiento y presión en los andamios, se han implementado para detectar inestabilidad durante las operaciones, reduciendo los riesgos de colapso.[109]
Regulaciones y mejores prácticas de la industria
En los Estados Unidos, el encofrado está regulado principalmente según las normas de la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) en 29 CFR 1926 Subparte Q, que exige que el encofrado para concreto vaciado en el lugar se diseñe, fabrique, erija, soporte, apunte y mantenga de manera segura todas las cargas verticales y laterales, incluidas cargas muertas, cargas vivas, presión del concreto y fuerzas ambientales, sin fallas. Estas regulaciones requieren la presencia de planos de ingeniería para apuntalamiento, encofrado y andamios asociados en el sitio, junto con la supervisión de una persona calificada durante el montaje, colocación y remoción del concreto.[5] Las inspecciones deben realizarse inmediatamente antes, durante y después de la colocación del concreto hasta su remoción, y cualquier equipo de apuntalamiento dañado debe reforzarse o reemplazarse inmediatamente para evitar el colapso.[5] El apéndice de OSHA a 1926.703 proporciona pautas no obligatorias que enfatizan materiales fuertes, conexiones seguras y cimientos adecuados capaces de distribuir las cargas de manera uniforme.[110]
Como complemento a OSHA, el American Concrete Institute (ACI) publica ACI 347 como una guía integral de encofrados para concreto, reaprobada en 2021, que describe las mejores prácticas para la planificación, el diseño, la selección de materiales y la construcción para priorizar la seguridad, la calidad y la eficiencia económica.[42] La guía recomienda que los diseños de encofrados incorporen factores de seguridad apropiados para cargas como la presión hidrostática del concreto y el viento, con tolerancias especificadas para garantizar la integridad estructural y la calidad de la superficie.[42] Destaca el uso de materiales duraderos como madera contrachapada, acero y aluminio, junto con revestimientos para facilitar la liberación, y desaconseja el apuntalamiento de un solo poste de varios niveles debido a riesgos de estabilidad.[42] Para aplicaciones especiales, como encofrado deslizante u hormigón arquitectónico, ACI 347 detalla precauciones personalizadas, incluidos refuerzos resistentes a las vibraciones y controles ambientales para evitar defectos.[42]
En Europa, la norma europea EN 12812:2008 establece requisitos de rendimiento y métodos de diseño de estados límite para cimbras (estructuras temporales que a menudo soportan encofrados) divididas en dos clases de diseño según la complejidad y el riesgo, lo que garantiza la estabilidad bajo cargas específicas, como la presión del encofrado y el tráfico de la construcción.[111] Si bien la EN 12812 se centra en la cimbra más que en el encofrado en sí, requiere coordinación con el diseño del encofrado para evitar la deformación o el colapso, exigiendo inspecciones por parte de personal competente y documentación de los cálculos de estabilidad.[111] A nivel internacional, el Código de prácticas sobre seguridad y salud en la construcción de la Organización Internacional del Trabajo (OIT) recomienda que el encofrado y el apuntalamiento se monten, modifiquen y desmantelen únicamente bajo la supervisión de una persona competente que utilice trabajadores capacitados, con procedimientos claros para soportar, apuntalar y retirar la carga solo después de que el concreto alcance suficiente resistencia.[112]
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Los accesorios facilitan el montaje y ajuste práctico del encofrado, mejorando la funcionalidad de los componentes principales sin añadir volumen significativo. Las abrazaderas y cuñas aseguran las juntas entre los paneles y el marco, lo que permite un ajuste rápido y alineaciones menores durante la instalación. Los espaciadores mantienen espacios consistentes para la colocación de refuerzos, mientras que las largueros (miembros horizontales fuertes como madera doble de 2x6) refuerzan los paneles contra el abombamiento al distribuir las fuerzas uniformemente entre montantes o vigas. Estos elementos se interconectan mediante pernos o ganchos, lo que permite una reconfiguración modular para diferentes escalas de proyectos.[40][38]
La integración del sistema unifica estos componentes en unidades prefabricadas reutilizables que agilizan la eficiencia de la construcción, como encofrados de mesa para losas donde los paneles, las vigas y las patas integradas forman un único módulo elevable. En aplicaciones de pared, los paneles agrupados con tirantes y largueros integrados crean grandes conjuntos verticales que se pueden reposicionar como una unidad. Este enfoque modular se basa en interconexiones estandarizadas, como marcos atornillados y bordes sujetos con abrazaderas, para permitir el desmontaje, la reubicación y la reutilización, lo que reduce el desperdicio de mano de obra y material en múltiples vertidos. Por ejemplo, las formas de mesa a menudo incorporan puntales ajustables directamente en el marco para una elevación equilibrada mediante grúas.
donde δ\deltaδ es la deflexión máxima (limitada a luz/360 o 1/4 de pulgada para losas típicas), www es la carga uniforme por unidad de longitud (psf convertida a lb/in según el ancho del afluente), LLL es la longitud del tramo, EEE es el módulo de elasticidad y III es el momento de inercia.[48] El espaciamiento entre costas está determinado por el área afluente que lleva cada soporte; por ejemplo, si las vigas están espaciadas a 12 pulgadas en el centro y los largueros a 4 pies de distancia, cada puntal soporta un área tributaria de aproximadamente 4 pies × (espaciado entre vigas/12 pies), con carga vertical w=q×w = q \timesw=q× ancho del afluente, donde qqq es la presión total (por ejemplo, 155 psf para una losa de 5 pulgadas más encofrados).[49] Se debe verificar la capacidad axial de los elementos verticales como puntales o postes, con espaciamientos más cortos (por ejemplo, rejilla de 4 a 5 pies) para cargas más pesadas para evitar un asentamiento excesivo.[42]
Los métodos de análisis van desde cálculos manuales para configuraciones simples de un solo piso hasta herramientas computacionales para sistemas complejos o de múltiples niveles. Los cálculos manuales son suficientes para tramos básicos, aplicando el diseño de tensión de trabajo para componentes de madera (según los estándares AF&PA) y sumando cargas por áreas tributarias para dimensionar los miembros. Para las paredes, las envolturas de presión difieren de las de las losas: hidrostáticas uniformes para vertidos lentos versus triangulares para los rápidos, lo que requiere controles separados para el revestimiento y los montantes.[42] Los casos avanzados, como geometrías irregulares o reapuntalamientos, emplean software como RISA-3D para el análisis de elementos finitos, integrando combinaciones de carga, límites de deflexión y comprobaciones de estabilidad para simular el comportamiento en tiempo real.[50] Las células de carga o extensómetros pueden monitorear las fuerzas reales de la costa durante la construcción para su verificación.[42]
Los riesgos de falla, particularmente el pandeo en soportes verticales como columnas y puntales, se mitigan mediante la evaluación de los índices de esbeltez. El pandeo se produce bajo cargas de compresión cuando la longitud efectiva lll sobre el radio de giro rrr (relación de esbeltez l/rl/rl/r) excede los umbrales críticos, lo que lleva a una inestabilidad lateral repentina. Para puntales de encofrado, las relaciones deben mantenerse por debajo de 50 para clasificar como columnas cortas, evitando el pandeo de Euler; proporciones más altas requieren refuerzos, cordones o vientos para reducir la longitud efectiva.[42] ACI 347 recomienda investigar l/rl/rl/r para todos los miembros de compresión y proporcionar soporte lateral para evitar pandeo por torsión o flexión, especialmente en apuntalamientos de varios pisos donde las cargas excéntricas amplifican los riesgos.[42]
Para las columnas, las formas de acero ajustables permiten la personalización de secciones transversales, como formas cuadradas o rectangulares de 12 a 48 pulgadas de ancho y alto, utilizando paneles entrelazados sujetos con yugos para un ensamblaje seguro. Durante el vertido, los vibradores internos son esenciales para consolidar el hormigón alrededor de densas jaulas de barras de refuerzo, eliminando los huecos y garantizando una densidad uniforme sin desplazar el encofrado.[58][38]
Los desafíos clave en el encofrado de muros y columnas incluyen el manejo de las presiones laterales, que pueden alcanzar hasta 1,500 psf dependiendo de la velocidad de vertido y la temperatura del concreto, y mantener la alineación dentro de tolerancias como ±1/4 de pulgada desde la plomada para muros de hasta 10 pies de altura. Se hace referencia brevemente a estas presiones en fórmulas estándar para la verificación del diseño, enfatizando la necesidad de vínculos y refuerzos robustos para evitar la deflexión o falla.
Los beneficios incluyen reducciones significativas en el uso de grúas, ya que las operaciones de ascenso automático eliminan los levantamientos frecuentes, lo que reduce el alquiler de equipos y el tiempo de inactividad operativa. Se logra una mayor seguridad a través de plataformas cerradas y fijación estructural constante, lo que mitiga los riesgos de caídas en alturas que exceden los límites de los andamios tradicionales. Si bien los costos iniciales son más altos debido a los componentes especializados, los sistemas ofrecen una reutilización sustancial (a menudo supera los 200 ciclos con un mantenimiento adecuado), lo que genera economías a largo plazo en proyectos a gran escala.[72][73][74]
El decapado prematuro presenta riesgos importantes, incluidos daños a la superficie, como formación de panales o incrustaciones en las caras de concreto debido a un soporte lateral inadecuado, que puede comprometer la estética y la durabilidad de los elementos expuestos.[95] Además, la eliminación inadecuada de componentes no reutilizables contribuye a las cargas ambientales, ya que la madera sin tratar filtra productos químicos al suelo y los metales requieren un procesamiento que consume mucha energía si no se recicla de manera eficiente.[100]
Las mejores prácticas en todas las jurisdicciones enfatizan la gestión proactiva de riesgos, incluida una planificación exhaustiva previa a la construcción para identificar peligros como asentamiento desigual o sobrecarga, y el uso de equipo de protección personal (EPP), como arneses para protección contra caídas en formas elevadas.[5] La capacitación periódica garantiza que los trabajadores comprendan las secuencias de montaje, y el Scaffolding, Shoring and Forming Institute (SSFI) recomienda componentes limpios e inspeccionados y un levantamiento seguro durante el montaje del encofrado vertical para evitar la inestabilidad.[113] Las inspecciones posteriores al vertido deben verificar la alineación y la integridad del refuerzo, y el desmantelamiento debe seguir protocolos de ensamblaje inversos, con los encofrados desmontados progresivamente para mantener la estabilidad.[113] La OIT promueve además registros diarios del curado del hormigón y de las condiciones ambientales para apoyar la reutilización segura de los sistemas de encofrado, reducir el desperdicio y mejorar la sostenibilidad.[112]
Los accesorios facilitan el montaje y ajuste práctico del encofrado, mejorando la funcionalidad de los componentes principales sin añadir volumen significativo. Las abrazaderas y cuñas aseguran las juntas entre los paneles y el marco, lo que permite un ajuste rápido y alineaciones menores durante la instalación. Los espaciadores mantienen espacios consistentes para la colocación de refuerzos, mientras que las largueros (miembros horizontales fuertes como madera doble de 2x6) refuerzan los paneles contra el abombamiento al distribuir las fuerzas uniformemente entre montantes o vigas. Estos elementos se interconectan mediante pernos o ganchos, lo que permite una reconfiguración modular para diferentes escalas de proyectos.[40][38]
La integración del sistema unifica estos componentes en unidades prefabricadas reutilizables que agilizan la eficiencia de la construcción, como encofrados de mesa para losas donde los paneles, las vigas y las patas integradas forman un único módulo elevable. En aplicaciones de pared, los paneles agrupados con tirantes y largueros integrados crean grandes conjuntos verticales que se pueden reposicionar como una unidad. Este enfoque modular se basa en interconexiones estandarizadas, como marcos atornillados y bordes sujetos con abrazaderas, para permitir el desmontaje, la reubicación y la reutilización, lo que reduce el desperdicio de mano de obra y material en múltiples vertidos. Por ejemplo, las formas de mesa a menudo incorporan puntales ajustables directamente en el marco para una elevación equilibrada mediante grúas.
donde δ\deltaδ es la deflexión máxima (limitada a luz/360 o 1/4 de pulgada para losas típicas), www es la carga uniforme por unidad de longitud (psf convertida a lb/in según el ancho del afluente), LLL es la longitud del tramo, EEE es el módulo de elasticidad y III es el momento de inercia.[48] El espaciamiento entre costas está determinado por el área afluente que lleva cada soporte; por ejemplo, si las vigas están espaciadas a 12 pulgadas en el centro y los largueros a 4 pies de distancia, cada puntal soporta un área tributaria de aproximadamente 4 pies × (espaciado entre vigas/12 pies), con carga vertical w=q×w = q \timesw=q× ancho del afluente, donde qqq es la presión total (por ejemplo, 155 psf para una losa de 5 pulgadas más encofrados).[49] Se debe verificar la capacidad axial de los elementos verticales como puntales o postes, con espaciamientos más cortos (por ejemplo, rejilla de 4 a 5 pies) para cargas más pesadas para evitar un asentamiento excesivo.[42]
Los métodos de análisis van desde cálculos manuales para configuraciones simples de un solo piso hasta herramientas computacionales para sistemas complejos o de múltiples niveles. Los cálculos manuales son suficientes para tramos básicos, aplicando el diseño de tensión de trabajo para componentes de madera (según los estándares AF&PA) y sumando cargas por áreas tributarias para dimensionar los miembros. Para las paredes, las envolturas de presión difieren de las de las losas: hidrostáticas uniformes para vertidos lentos versus triangulares para los rápidos, lo que requiere controles separados para el revestimiento y los montantes.[42] Los casos avanzados, como geometrías irregulares o reapuntalamientos, emplean software como RISA-3D para el análisis de elementos finitos, integrando combinaciones de carga, límites de deflexión y comprobaciones de estabilidad para simular el comportamiento en tiempo real.[50] Las células de carga o extensómetros pueden monitorear las fuerzas reales de la costa durante la construcción para su verificación.[42]
Los riesgos de falla, particularmente el pandeo en soportes verticales como columnas y puntales, se mitigan mediante la evaluación de los índices de esbeltez. El pandeo se produce bajo cargas de compresión cuando la longitud efectiva lll sobre el radio de giro rrr (relación de esbeltez l/rl/rl/r) excede los umbrales críticos, lo que lleva a una inestabilidad lateral repentina. Para puntales de encofrado, las relaciones deben mantenerse por debajo de 50 para clasificar como columnas cortas, evitando el pandeo de Euler; proporciones más altas requieren refuerzos, cordones o vientos para reducir la longitud efectiva.[42] ACI 347 recomienda investigar l/rl/rl/r para todos los miembros de compresión y proporcionar soporte lateral para evitar pandeo por torsión o flexión, especialmente en apuntalamientos de varios pisos donde las cargas excéntricas amplifican los riesgos.[42]
Para las columnas, las formas de acero ajustables permiten la personalización de secciones transversales, como formas cuadradas o rectangulares de 12 a 48 pulgadas de ancho y alto, utilizando paneles entrelazados sujetos con yugos para un ensamblaje seguro. Durante el vertido, los vibradores internos son esenciales para consolidar el hormigón alrededor de densas jaulas de barras de refuerzo, eliminando los huecos y garantizando una densidad uniforme sin desplazar el encofrado.[58][38]
Los desafíos clave en el encofrado de muros y columnas incluyen el manejo de las presiones laterales, que pueden alcanzar hasta 1,500 psf dependiendo de la velocidad de vertido y la temperatura del concreto, y mantener la alineación dentro de tolerancias como ±1/4 de pulgada desde la plomada para muros de hasta 10 pies de altura. Se hace referencia brevemente a estas presiones en fórmulas estándar para la verificación del diseño, enfatizando la necesidad de vínculos y refuerzos robustos para evitar la deflexión o falla.
Los beneficios incluyen reducciones significativas en el uso de grúas, ya que las operaciones de ascenso automático eliminan los levantamientos frecuentes, lo que reduce el alquiler de equipos y el tiempo de inactividad operativa. Se logra una mayor seguridad a través de plataformas cerradas y fijación estructural constante, lo que mitiga los riesgos de caídas en alturas que exceden los límites de los andamios tradicionales. Si bien los costos iniciales son más altos debido a los componentes especializados, los sistemas ofrecen una reutilización sustancial (a menudo supera los 200 ciclos con un mantenimiento adecuado), lo que genera economías a largo plazo en proyectos a gran escala.[72][73][74]
El decapado prematuro presenta riesgos importantes, incluidos daños a la superficie, como formación de panales o incrustaciones en las caras de concreto debido a un soporte lateral inadecuado, que puede comprometer la estética y la durabilidad de los elementos expuestos.[95] Además, la eliminación inadecuada de componentes no reutilizables contribuye a las cargas ambientales, ya que la madera sin tratar filtra productos químicos al suelo y los metales requieren un procesamiento que consume mucha energía si no se recicla de manera eficiente.[100]
Las mejores prácticas en todas las jurisdicciones enfatizan la gestión proactiva de riesgos, incluida una planificación exhaustiva previa a la construcción para identificar peligros como asentamiento desigual o sobrecarga, y el uso de equipo de protección personal (EPP), como arneses para protección contra caídas en formas elevadas.[5] La capacitación periódica garantiza que los trabajadores comprendan las secuencias de montaje, y el Scaffolding, Shoring and Forming Institute (SSFI) recomienda componentes limpios e inspeccionados y un levantamiento seguro durante el montaje del encofrado vertical para evitar la inestabilidad.[113] Las inspecciones posteriores al vertido deben verificar la alineación y la integridad del refuerzo, y el desmantelamiento debe seguir protocolos de ensamblaje inversos, con los encofrados desmontados progresivamente para mantener la estabilidad.[113] La OIT promueve además registros diarios del curado del hormigón y de las condiciones ambientales para apoyar la reutilización segura de los sistemas de encofrado, reducir el desperdicio y mejorar la sostenibilidad.[112]