Cimbras. - Facultad de Ingeniería

Programación y Construcción de Estructuras
CAPÍTULO 2.
CIMBRAS
Objetivo: El alumno determinará procedimientos de construcción y diseño de cimbras.
Contenido:
2.1
2.2
2.3
Cimbrado y descimbrado de estructuras de concreto hidráulico.
Cimbras de madera, metálicas, especiales y andamios.
Diseño de cimbras.
Tema 2. Cimbras.
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Programación y Construcción de Estructuras
2.1
Cimbrado y descimbrado de estructuras de concreto
hidráulico.
Toda madera en contacto con el concreto debe ser aceitada adecuadamente para evitar
que el concreto endurecido se pegue a la cimbra. Si la cimbra no se aceita, al
descimbrar (quitarla) se deteriora. Muchos constructores acostumbran emplear diesel o
aceite quemado para aceitar la cimbra, ésta práctica no es muy buena ya que por un
lado el diesel es muy ligero y se requieren varias aplicaciones (cosa que no se hace en
la práctica) para lograr un buen resultado, y por otro lado el aceite quemado
penetra muy poco en la madera sin lograr una buena impermeabilización.
En la actualidad existe una gran variedad de productos especialmente diseñados
para proteger a la madera y lograr su impermeabilidad total, primero se recomienda
aplicar un sellador, el cual es un repelente disuelto en un solvente que al aplicarse
sobre la madera penetra en sus poros sellándolos, posteriormente se aplica una resina
especial, de esta manera la madera sólo requerirá de una mano ligera de algún aceite
ligero que puede ser inclusive diesel, básicamente el aceite ligero es para resanar
algunas zonas deterioradas por el uso y facilitar aún más el descimbrado.
Cabe mencionar que las maderas que no han sido cepilladas (pulidas) pueden
presentar problemas al descimbrar pues la simple textura (veta) de la madera facilita la
adherencia con la pasta de cemento, por esta razón, es importante el uso de buenos
productos y buenas técnicas desmoldantes.
Riesgos Más Frecuentes.
Caída de materiales para el cimbrado por mal estibado.
Lesiones en las manos con el martillo al estar clavando.
Caída de materiales para el cimbrado durante las maniobras de izado.
Caída de partes de la cimbra durante el proceso de descimbrado.
Caída de personas por los bordes sin protección o huecos en el piso o muro.
Caída por tropiezo o resbalón de personas por falta de orden y limpieza en su área
de trabajo.
Lesiones diversas al utilizar las herramientas eléctricas y manuales de corte.
Lesiones por pisar objetos punzantes (clavos, varillas, etc.)
Lesiones por posturas inadecuadas al cargar objetos pesados sin ninguna
protección.
Medidas Preventivas.
El cimbrado y descimbrado de estructuras de ingeniería civil o arquitectónica sólo deben
realizarse con trabajadores capacitados bajo la supervisión de una persona competente.
Siempre se deberán tomar las precauciones adecuadas para proteger a los trabajadores
de los riesgos que rodean la fragilidad o inestabilidad temporal de una obra.
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Las cimbras, apuntalamientos y entibaciones deberán ser diseñados, construidos y
mantenidos de manera que soporten con seguridad las tensiones a que estarán
sometidos. Estas cimbras serán diseñadas y construidas de manera que las plataformas
de trabajo, los medios de accesos, apuntalamientos, manejo y estabilización puedan
fijarse fácilmente.
Tratemos siempre de asegurar la máxima protección posible de los trabajadores ocupados
en el cimbrado y descimbrado, mediante la utilización de escaleras de mano, pasarelas,
plataformas y medios mecánicos para elevar materiales, así como de arneses de
seguridad, cables salvavidas y demás artículos para la protección de los trabajadores.
Los lugares donde se almacenen los materiales para el cimbrado deben estar protegidos
de la intemperie y posibles riesgos de incendio, por lo que se debe considerar algún
equipo contra incendio. Los trabajadores deberán ser instruidos al inicio de la obra para
informarles el tipo de trabajo a desarrollar y la programación a la cual se sujetarán los
trabajos de cimbrado y descimbrado en las diferentes etapas del proceso constructivo.
Se prohibirá al personal iniciar los trabajos de cimbrado sin antes haber instalado los
sistemas de protección para evitar al máximo las caídas de altura. Se capacitara a los
trabajadores para que eviten el uso de materiales en mal estado, defectuosos o fuera de
especificación como también a desplazarse sea vertical u horizontal sobre los elementos
estructurales que se estén cimbrando.
El descimbrado se realizará utilizando la herramienta indicada para cada tipo de cimbra
según el material. Además se usarán escaleras de mano, cuidando tomar todas las
precauciones para evitar la caída de materiales, y personal.
Al terminar los trabajos de descimbrado se estibarán los materiales de acuerdo a sus
características y uso, se procederá a su limpieza y de ser rehabilitación para levarla a la
siguiente posición.
Es requisito obligatorio en la obra mantener limpia y ordenada de materiales y herramienta
su área de trabajo.
Equipo de Protección
El equipo de seguridad lo componen todos los aditamentos que debe usar el carpintero,
para la protección de su cuerpo y seguridad de su vida; en consecuencia las
condiciones de trabajo serán mejores.
Los principales elementos que componen el equipo de seguridad son:
El casco metálico o de plástico se utiliza para proteger la cabeza de cualquier
objeto que pueda dañarle.
Los gogles se usan para proteger los ojos de cualquier rebaba de material o
basura que pueda caer durante el trabajo de cimbrado y descimbrado.
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Los guantes de látex, que se utilizan cuando se requiere colocar los
desmoldantes.
Los guantes de cuero, que sirven para protegerse cuando se está manejando
algún material que pueda lastimar, raspar o arañar las manos.
El cinturón portaherramientas, normalmente se usa todo el tiempo en los trabajos
de cimbrado, para tener las herramientas básicas a la mano.
Cinturón de seguridad o arnés y cable de vida, útiles para trabajar en alturas y
protegerse en caso de caída.
La bota de seguridad, consistente en un zapato alto con punta reforzada y suela
gruesa, que protege los pies contra la hincada de clavos, astillas y otros objetos
punzantes.
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2.2 Cimbras de madera, metálicas, especiales y andamios.
Cimbra: es una estructura provisional que tiene la finalidad de darle forma al concreto;
así como resistir las cargas del mismo hasta que sea auto soportable. Las cimbras
hechas en obra tienen impactos importantes en el costo total del concreto, en la
seguridad de los empleados y, por supuesto, en la resistencia y calidad final de los
elementos de concreto.
En el mercado existen varios tipos de cimbra y para distintos usos las cuales tienen el
mismo fin.
Cimbras de madera.
Los moldes de madera son los más
utilizados por su economía y facilidad
de manejo, generalmente se emplea la
madera de pino: solo en el caso de que
en la región se encuentra otra madera
más barata, se ocupa esta.
Para usar este tipo de cimbra después
de colocada en su lugar se le unta una
ligera capa de aceite quemado o diesel
o aun mejor un aditivo desmoldante, a
fin de que el concreto no se adhiera a
la cimbra. Además, antes de vaciar el
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concreto se moja la madera para que esta no le quite agua necesaria para su fraguado
y para que se hinche la madera, tapando las juntas entre tabla y tabla.
Existen básicamente dos tipo de cimbra: la común y la aparente. La cimbra común se
ocupa cuando el elemento será recubierto. Para las losas se utilizan tarimas hechas de
madera de 50cm X 100cm, permiten mayor rapidez para su colocación y pueden
utilizarse más veces.
La cimbra aparente se usa cuando el elemento de concreto quedará visible.
Generalmente se hace con duela, poniendo mucho cuidado en la terminación. Este tipo
de cimbras tienen una vida útil muy corta.
Cimbra metálica.
Está constituida por paneles de lámina modulados y estandarizados, susceptibles de
adaptarse a todos los elementos estructurales de concreto. El acabado que toman las
piezas coladas por medio de este procedimiento es perfecto en su apariencia, siempre y
cuando el concreto este bien vibrado.
Escuela secundaria y preparatoria Lancaster, Tlalpan, Ciudad de México.
Algunas ventajas sobre este tipo de cimbrado son las siguientes:
Eliminación de perdidas y extravío;
Ahorro de mano de obra y tiempo de los procesos de cimbrados y descimbrados;
No necesita mano de obra especializada;
No absorbe agua y por lo tanto no deshidrata el concreto;
La superficie de contacto con la cimbra garantiza acabados aparentes de mejor
calidad.
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Cimbras especiales.
Pueden quedar comprendidas dentro de este grupo aquellas cimbras que se ejecutan
para colar formas diferentes a las comunes, tales como arcos, bóvedas y superficies
con características diferentes.
Cimbra para losa de la Iglesia de la Sagrada Familia en Alzira, Valencia,
España.
Para muchas de ellas el trabajo de moldeado es probablemente más importante que el
trabajo de colado, en general el costo de estas cimbras especiales tienden a ser un
poco más elevado que el de una cimbra común de madera.
Cimbras rodantes.
Cuando tiene que efectuarse en una obra el colado de una serie de elementos iguales,
tanto como en sección como en longitud, se utilizan comúnmente las cimbras de tipo
rodante.
La cimbra rodante es muy útil en la ejecución de trabajos en los que se va a repetir
varias veces el mismo elemento estructural. En todos ellos, en lugar de cimbrar toda la
superficie a cubrir se construye únicamente una sección, la cual es montada sobre
camiones, carros o estructuras horizontales, formadas generalmente por vigas y polines
que quedan apoyadas en tubos o ruedas, permitiendo así deslizarse y colocarla en el
claro siguiente. Una vez hecho el colado, se retira permitiendo que la superficie interior
sea pasada a la siguiente sección para proseguir en esta forma al colado de la
superficie.
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Cimbras deslizantes.
Es otro tipo especial de cimbra
que permite el colado continuo
de una estructura de concreto,
generalmente si utilizan para
el colado de elementos
estructurales verticales. Se
efectúa el colado elevando la
cimbra por medio de gatos
hidráulicos, lo cual provoca
que el colado sea continuo.
Por lo anterior, la construcción
de una cimbra deslizante
requiere de una planeación
cuidadosa de todas las fases
del programa total de la
construcción.
Colado en sistema de cimbra deslizante de
chimenea elevada en la central termoeléctrica
Plutarco Elías Calles en Petacalco, Guerrero,
México.
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Andamios.
El incremento espectacular de los trabajos de rehabilitación de fachadas de
edificios de todo tipo, así como los ya habituales de acabados en edificios en
construcción mediante la utilización de andamios con elementos prefabricados
modulares, motiva la elaboración de esta NTP, que contempla los distintos
aspectos de seguridad relacionados con su montaje, utilización y desmontaje.
Además se contemplan las medidas necesarias para proteger de los riesgos a
terceras personas o bienes ajenos a la obra; no debe olvidarse que este tipo de
andamios se encuentra mayoritariamente en la vía pública ocupando aceras o
incluso
la
calzada
destinada
a
la
circulación
de
vehículos.
El objetivo de esta NTP es la prevención de los distintos riesgos laborales
asociados al montaje, uso y desmontaje de los andamios fijos perimetrales así
como los que puedan afectar a terceros; para ello se indican los factores de riesgo
y las causas que los generan y las medidas de prevención y protección más
idóneas
Los andamios fijos perimetrales de sistema modular son estructuras provisionales
de una altura máxima habitual de 30 m, aunque en muchos casos es superada,
que sirven para la sustentación de las distintas plataformas de trabajo situadas a
distintas alturas; cumplen según los casos funciones de servicio, carga y
protección.
Estos andamios se clasifican en seis clases teniendo en cuenta las cargas que deban
soportar las plataformas de trabajo ya sean uniformemente repartidas o concentradas
en una superficie determinada. (Norma UNE 76-502-90).
Tanto las plataformas como sus correspondientes soportes deben ser capaces de
resistir las cargas especificadas teniendo en cuenta además que ninguna plataforma
debe tener una capacidad de resistencia inferior a la indicada para los andamios de
clase 2 con las siguientes consideraciones:
Su flecha máxima no debe exceder 1/100 de la separación entre apoyos cuando
esté sometida a una carga concentrada en una superficie de 500 x 500 mm2.
Si la separación entre apoyos es de 2 m o superior y una de ellas está sometida
a una carga concentrada en una superficie de 500 x 500 mm2 , la diferencia
máxima de nivel entre dos plataformas contiguas una cargada y otra no, no será
superior a 20 mm.
En función de la clasificación dada los andamios de clase 1, 2 y 3 se utilizan para
trabajos de limpieza, pintura, carpintería, tejadores, revestimientos de fachadas,
saneamientos y en la industria en general para trabajos diversos en altura.
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Los andamios de clase 4, 5 y 6 son andamios de protección, aunque también se utilizan
para trabajos en hormigón o en muros, rehabilitación de fachadas, construcciones
industriales y en otros casos que exijan un andamio ancho de gran capacidad de carga.
Riesgos y factores de riesgo
Caídas a distinto nivel debido a:
Montaje o desmontaje incorrecto de la estructura o de las plataformas de trabajo
sin las correspondientes protecciones individuales.
Anchura insuficiente de la plataforma de trabajo.
Ausencia de barandillas de seguridad en todas o alguna de las plataformas de
trabajo.
Acceder a la zona de trabajo trepando por la estructura.
Separación excesiva entre el andamio y la fachada.
Deficiente sujeción de la plataforma de trabajo a la estructura que permite su
movimiento incontrolado.
Vuelco del andamio por estar incorrectamente apoyado en el suelo o por anclaje
deficiente o inexistente del mismo al edificio.
Derrumbe del andamio por distintas causas.
Rotura de la plataforma de trabajo por sobrecarga, deterioro o mal uso de la
misma.
Mala utilización de las escaleras de acceso a las distintas plantas de la estructura
del andamio.
Derrumbe de la estructura debido a:
Hundimiento o reblandecimiento de toda o parte de la superficie de apoyo.
Apoyo del andamio sobre materiales poco resistentes.
Deformación o rotura de uno o varios de los elementos constituyentes del
andamio.
Sujeciones a la fachada inexistente, incompleta o insuficiente.
Montaje incorrecto.
Sobrecarga de las plataformas de trabajo respecto a su resistencia máxima
permitida.
Anclajes y amarres incorrectos.
Arriostramientos incompletos de la propia estructura.
Acción de las inclemencias atmosféricas, en especial el viento.
Caída de materiales sobre personas y/o bienes debido a:
Vuelco o hundimiento del andamio.
Plataforma de trabajo desprotegida.
Rotura de una plataforma de trabajo.
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2.3 DISEÑO DE CIMBRAS.
Con el fin de conservar el concreto en su sitio hasta que haya alcanzado su fraguado
final, se emplean formas de madera o metal denominadas comúnmente cimbras. El
diseñar una cimbra correctamente, creemos sea tan importante para el costo, como la
misma estructura, debido al número de veces que podamos usarla, y que su valor podrá
reducirse en una forma proporcional a dicho número de veces.
Los esfuerzos a los que comúnmente está sujeta una cimbra son los de flexión y
compresión. Cada cimbra debe ser diseñada especialmente de acuerdo a la obra donde
se instalará y deberá estar avalada por un técnico competente.
Para el diseño de una cimbra se deben tomar en cuenta los siguientes factores:
Velocidad y método de colocación del concreto
Cargas de construcción, incluyendo cargas verticales, horizontales y de impacto
Las cimbras para elementos de concreto pre-esforzado deben estar diseñadas y
construidas de tal manera que permitan el desplazamiento del elemento sin causar
daños durante la aplicación del pre-esfuerzo.
Las cimbras para el concreto, incluyendo su diseño, construcción y remoción exigen el
mejor criterio y una acertada planificación, con el fin de lograr cimbras que sean tanto
económicas como seguras.
Flexión.
Para el caso de una cimbra, las condiciones de apoyo determinan el valor del momento
flexionante:
Para en elemento con dos apoyos
fijo el momento máximo esta dado
por:
Para un elemento empotrado en
ambos extremos:
Por lo tanto es deseable diseñar para una condición promedio:
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Después de obtenido el momento máximo podremos dimensionar nuestro elemento a
través de la fórmula de la escuadrilla.
Donde:
M= Momento flexionante.
ft = Fatiga de trabajo.
I= Momento de inercia centroidal de la sección.
y= Distancia del eje neutro a la fibra más alejada de la sección.
Se recomienda para la madera comúnmente usada en la construcción, una fatiga de
trabajo de ft= 60
Flecha.
La deformación máxima, provocada por la flexión se le denomina comúnmente flecha
máxima, su valor depende principalmente del claro “l” y una función directamente
proporcional a la carga por metro “ω” el módulo de elasticidad “E” y el momento de
inercia centroidal de de la sección “I”. Se acostumbra diseñar para la condición,
Compresión.
Las piezas sujetas a la compresión tienen dos concepciones, según su longitud, más
para el caso de cimbras, el caso común es el de columna larga
.
Euler, en su fórmula general, indica:
Y condiciona K para el caso de una columna articulada en sus extremos K = 1, con este
valor y llamando “b” al lado de una sección cuadrada, tendremos:
Donde:
b = Lado de la sección en cm.
P = Carga vertical en toneladas métricas.
l = Claro libre en metros.
1200 = Valor aproximado considerado
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Presión lateral.
El concreto en su estado pre-fraguado, dependiendo de su altura se comparta como
gramínea y como tierra, por lo cual usando las fórmulas de “Rankine” para empuje de
tierras y “Muersk” para gramíneas y llamado “h” la altura del elemento y “a” la misma
sección del mismo, tendremos:
Trabes y contratrabes
Muros y columnas
Rankine
Muersk
P=K∆h
Donde:
P = Presión
∆ = Peso volumétrico = 2400 kg/m3
h = Profundidad
= Ángulo de reposo del material =
15˚
Donde:
P = Presión
∆ = Peso volumétrico = 2400 kg/m3
A = Sección transversal del silo
p = Perímetro de la sección del silo
δ = Ángulo de fricción interna del
material = 0.75
Sustituyendo
Sustituyendo
P= 0.003000a
P=0.001414h
Donde:
P = Presión en kg/cm
h = Altura en cm
Donde:
P= Presión en kg/cm
a = Lado menor de la sección en cm
La madera debería cuantificarse en
el Sistema Métrico Decimal, es
decir, por metro cúbico; mas la
práctica es hacerlo a base de “pie
tablón”; definiendo como pie tablón
la cantidad de madera que integra
un elemento de un pie de ancho
por un pie de largo por una pulgada
de espesor; por lo tanto, un pie
tablón debe ser igual al volumen
contenido en una pieza de madera de esas dimensiones.
De acuerdo con lo expresado anteriormente, para metodizar y facilitar la cuantificación
de la madera en cimbras, se propone el uso de “Factores” a fin de tomar en cuenta las
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características antes expuestas, es decir, áreas de contacto efectivas, desperdicios y
usos.
Factor de contacto “F.C.”.
Es el cociente expresado en forma de quebrado de la unidad a la cual queremos referir
el estudio (m2 en nuestro caso) entre el área de contacto real (en la misma unidad) de
la porción del elemento analizado.
Factor de desperdicio “F.D.”.
Es el porcentaje expresado en forma decimal de la cantidad total de madera rota o
perdida en la elaboración y durante los diferentes usos de la cimbra.
Factor de usos “F.U.”.
Es el cociente expresado en forma de quebrado del uso unitario de un elemento de
cimbra entre el número de usos propuestos.
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Bibliografía.
1
1
http://es.scribd.com/doc/21419984/Cimbras-jovimeca
Suarez Salazar Carlos, “Costo y tiempo en edificación” 3ra edición
3
http://www.proyectosfindecarrera.com/seguridad-andamios.htm
4
http://www.elconstructorcivil.com/2011/02/uso-de-la-madera-en-la-construccion.html
2
Este trabajo fue desarrollado por académicos y alumnos adscritos al
Departamento de Construcción de la División de Ingenierías Civil y Geomática,
con recursos del Programa de Apoyo a Proyectos Institucionales de
Mejoramiento de la Enseñanza (PAPIME) PE-101012 “Elaboración de
material didáctico digital para la asignatura Programación y
Construcción de Estructuras”.
Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)
Facultad de Ingeniería (FI)
Tema 2. Cimbras.
Dirección General de Dirección General de
Asuntos del Personal Académico (DGAPA)
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