Método de Grundy y Kabaila. Construcción de forjados de hormigón.

Hola de nuevo.

El tema que hoy voy a tratar es un aspecto importante de la construcción de edificios con forjados de hormigón armado. Durante la ejecución del forjado a menudo se generan grandes esfuerzos, que pueden incluso superar a los de servicio, debido a la transmisión de cargas desde los forjados superiores ya cimbrados. Es necesario por tanto conocer el proceso constructivo para evitar patologías futuras y accidentes. Todas estas solicitaciones han de tenerse en cuenta al dimensionar el forjado y a la hora de plantear el Plan de Obra (acopios, juegos de puntales, etc).

Aunque algunas cosas parezcan obvias, las escribiré igualmente, ya que no todos nacemos aprendidos.

La cimbra es la estructura que sirve para el sostenimiento de una construcción destinada a salvar un vano mientras el hormigón no presenta suficiente resistencia. Suele estar formada por muchos puntales, verticales o inclinados, regulables en altura y de madera o metálicos, trabajando a compresión.

La base firme de las cimbras puede ser el propio terreno, un forjado sanitario (autorresistente, para aislar el edificio del terreno) o un forjado inferior.  Como no es económicamente factible cimbrar hasta el suelo, se utilizan generalmente 2 o 3 juegos de puntales, y esto condiciona el número de plantas cimbradas a la vez. El descimbrado prematuro puede producir daños estructurales, mientras que el descimbrado tardío incrementa el plazo y coste de la obra.

Uno de los diversos métodos para el cálculo de las cimbras es el de Grundy y Kabaila (1963) , que adopta varias simplificaciones:

  •  Cada forjado se caracteriza por su rigidez, EI, que se supone constante.
  •  Los puntales se considerarán infinitamente rígidos, por lo que ante la aplicación de una carga todos los forjados conectados por puntales experimentarán la misma flecha.
  • Los puntales sólo trabajan a compresión.
  • Se desprecian los efectos derivados de las deformaciones diferidas del hormigón.
  • Las cargas de los puntales se asimilan a cargas uniformemente repartidas a todo el forjado.
  • Los factores de carga obtenidos deben ser mayorados un 10% para tener en cuenta el peso propio de los puntales.
  • Las cargas no dependen de la velocidad de construcción, no se considera la edad del hormigón.

1) Cimbrado y Descimbrado: 

En el proceso de cimbrado y descimbrado sólo se van a tener en cuenta dos etapas. La primera es la colocación de la cimbra antes de poner el hormigón, y la segunda es la retirada de la cimbra.

En el siguiente ejemplo se expondrá el caso de un edificio de 5 plantas con 2 juegos de puntales.

Esquema para 2 juegos de puntales

Esquema para 2 juegos de puntales

Paso 0 : La cimbra soporta todo el peso ( un 1 es el 100% del peso del forjado) y el forjado no soporta carga

Paso 1: Se cimbra una segunda planta. La superior soporta el peso de un forjado, y la inferior la ambos. Ningún forjado soporta cargas.

Paso 2: Se descimbra la primera planta. EL hormigón ha fraguado y ya resiste por sí mismo en los dos forjados construidos. Cada uno se autoaguanta.

Paso 3: Construímos el siguiente nivel ( 3º piso). El 50% del peso se lo lleva el primer forjado y el otro 50% el segundo a través de los puntales de abajo.

Paso 4: Se descimbra el 2º piso. Como estaba soportando 0.5, este se reparte entre los dos forjados superiores (0.25 para cada uno). El de arriba sólo soporta 0.25, y los puntales deben soportar el resto hasta uno. Osea, 0.75.

Paso 5: Construimos el siguiente piso (4º). Su peso se lo reparten el 2º y 3º forjado. Los puntales bajo el nuevo forjado lo aguantan por completo. Los puntales de la 3º planta se cargan con 0.5 más para transmitirlos hacia el forjado inferior.

Paso 6: Se descimbra la 3º planta. Lo que soportaba ahí la cimbra se reparte entre los dos forjados superiores. (0.68 para cada uno).  Los puntales que quedan soportarán la carga que resta del forjado superior hasta uno ( 0.38).

Paso 7: Construimos una nueva planta. Su peso se reparte entre los dos forjados inferiores. 0.5 para cada uno.

Paso 8: Se descimbra la 4º planta, así que los dos forjados superiores se cargan con la mitad de la carga que estaban soportando los puntales ( 0.44 cada uno).

Paso 9: Se descimbra la última planta, y todos los forjados son autoportantes.

Es necesario destacar que este ejemplo todos los forjados tienen la misma rigidez E.I. Si tuviesen diferente habría que ponderar lo que cada uno se lleva al descimbrar. Según la siguiente fórmula:

formula

Para dos forjados, uno con EI y otro con el doble de rigidez, el sumatorio sería 3EI. El de rigidez menor (EI) se llevará el 33% del total de la carga y el otro, 2/3EI, el 66%.

La carga máxima en forjados para dos juegos de puntales es de 2.25 veces el peso del forjado. En los puntales, sólo dos veces el peso del forjado.

En el caso de trabajar con tres juegos de puntales a la vez, tendremos lo siguiente:

Cimbrado descimbrado para tres juegos de puntales

Cimbrado descimbrado para tres juegos de puntales

Cimbrado descimbrado para tres juegos de puntales

Cimbrado descimbrado para tres juegos de puntales

La carga máxima para tres juegos de puntales es de 2.36 veces el peso del forjado. Sucede en el paso 9, con tres pisos cimbrados por encima. La carga en los puntales alcanza tres veces el peso del forjado.

2) Cimbrado y Recimbrado.

Poco después, en 1967, Taylor consigue reducir los coeficientes con este sistema de recimbrado:

  •  Se cimbra la primera planta y se hormigona el forjado
  •  Se descimbra a la edad prefijada, por lo que el forjado se deforma libremente, transmitiendo a la estructura su peso propio
  •  Se vuelve a colocar la cimbra (recimbrado), ajustando los puntales sin que entren en carga
  •  Los puntales sólo trabajarán ante cargas adicionales
  •  Se repite el proceso para cada planta

cimbradorecimbrado

La carga máxima en forjados para dos juegos de puntales es de 1.5 veces el peso del forjado. En los puntales, sólo el peso de un forjado. Para tres juegos, la carga es incluso menor,tan sólo  1.33*q.

El cimbrado-recimbrado supone:

  • Reducción de cargas máximas en forjados
  • Reducción del número de puntales necesario
  • Reducción del plazo de ejecución
  • Uniformiza el proceso constructivo
  • Aumenta el número de operaciones a realizar, encareciendo la mano de obra
  • Al descimbrar a edades muy tempranas se precisa un control de calidad muy intenso.
  • Ha de ser muy cuidadoso de modo que no quede coartada la libre deformación del forjado

Limitaciones de ambos métodos:

  • El hormigón es un material lineal, lo que cuestiona la superposición de cargas
  • Las propiedades del hormigón dependen del tiempo (E, fc, fct)
  • Existirá cierta fisuración de forjados, y por lo tanto la inercia no es constante.
  • La retracción y la fluencia pueden provocar redistribuciones de cargas
  • El terreno y los puntales no son infinitamente rígidos

En todo caso, el método es muy sencillo de utilizar y según Calavera, los resultados están generalmente del lado de la seguridad. La imprecisión máxima respecto a métodos numéricos más precisos es de 0.1q, del lado de la inseguridad.

Por último les dejo otro ejemplo resuelto, asignatura de Edificación y Prefabricación, de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de A Coruña. Existe un forjado sanitario con mayor rigidez y mayor peso propio.

Ejemplo con 4 plantas iguales y un forjado sanitario

Ejemplo con 4 plantas iguales y un forjado sanitario

sanitario1

Tabla con las cargas críticas

Tabla con las cargas críticas

La carga máxima en forjados es 2.9*q ( En el forjado sanitario). En el resto, 2.2*q. (Siendo q la carga de un forjado).

En puntales, la máxima carga es 1.7 q.

 

Espero que les haya sido de ayuda.

Un saludo.

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2 pensamientos en “Método de Grundy y Kabaila. Construcción de forjados de hormigón.

  1. Jesús Ortega dice:

    Hola… en dónde puedo encontrar esto explicado. Sobre todo algún manual. Aunque sea de servicios de publicaciones de escuelas técnicas. Gracias.

    • mabldo dice:

      Perdon por tardar tanto en contestar. La respuesta más adecuada será que busques en Google, posiblemente con bibliografía en inglés.

      Es lo que hice yo para completar este post, teniendo como base unos apuntes de clase de Edificación, de la Universidade da Coruña.

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