OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DE EDIFICIOS DE FORJADOS DE HORMIGÓN "IN SITU" MEDIANTE EL USO DE ELEMENTOS DE CONTROL DE CARGA EN LAS CIMBRAS

Abstract

El cimbrado de plantas sucesivas es la técnica más empleada en la actualidad para la construcción de estructuras de edificios de hormigón armado. El uso de esta técnica permite que las plantas recientemente hormigonadas se apoyen sobre los forjados inferiores a través de cimbras. Considerando las particularidades que tiene el cimbrado de plantas sucesivas, es muy importante poder estimar cómo se produce la transmisión de cargas entre las cimbras y forjados, con el fin de mantener la adecuada seguridad estructural y evitar situaciones de riesgo, e incluso colapso, durante la construcción de edificios. La transmisión de cargas entre cimbras y forjados durante todas las etapas constructivas de un edificio es un fenómeno complejo, que ha sido estudiado por muchos investigadores, sobre todo en los últimos años. La construcción de edificios con estructura de hormigón armado se realiza, habitualmente, con la ayuda de puntales siendo uno de los componentes principales de las cimbras. Estos puntales son los encargados de transmitir las cargas de las plantas recién hormigonadas a las inferiores. Los principales problemas que presenta el empleo de puntales vienen de: a) la posible aparición de cargas en los puntales superiores a las previstas, que pueden provocar el colapso de toda la cimbra o incluso de todo el edificio, y b) los catálogos comerciales son muy limitados en cuando a la variedad de puntales disponibles, lo que obliga a que, en la mayor parte de las ocasiones, los puntales empleados estén claramente sobredimensionados. En esta tesis doctoral se presenta la investigación llevada a cabo en la Universitat Politècnica de València para desarrollar e implementar en el mercado un nuevo dispositivo limitador de carga (LL por sus siglas en inglés) a colocar en puntales, que servirá para mejorar la seguridad y reducir los costes durante la construcción de estructuras de edificios. El estudio llevado a cabo demuestra que la unión de dos áreas, como son la ingeniería mecánica y civil, hacen posible el desarrollo de un innovador dispositivo que puede revolucionar las técnicas de cimbrado actuales. La metodología que se ha seguido para el diseño, desarrollo e implementación del limitador de carga conlleva: a) un estudio preliminar de la viabilidad técnico-económica de su aplicación, b) el diseño conceptual y de detalle mediante simulaciones numéricas así como con el empleo de la técnica del diseño de experimentos, c) una amplia campaña experimental donde se ensaya el limitador de carga y el conjunto puntal-limitador, d) una simulación detallada del diseño final y la formulación de un modelo simplificado que tiene en cuenta el comportamiento conjunto puntal-limitador, e) el desarrollo de un ensayo experimental a escala real para comprobar su correcto funcionamiento bajo condiciones reales a modo "prueba de concepto", y f) un estudio numérico final para evaluar y cuantificar algunas de las múltiples ventajas del uso de limitadores de carga en puntales durante la construcción de estructuras de edificios. Ingenieros, arquitectos y constructores podrán encontrar en este trabajo una excelente guía para la comprensión del comportamiento y el uso de limitadores de carga en puntales. Este dispositivo podrá ser empleado en el día a día del diseño de estructuras edificios y su construcción, revolucionando las técnicas de cimbrado actuales.

Shoring successive floors is at present the most frequently used technique when constructing reinforced concrete building structures. This technique allows the recently poured slabs to be supported by the lower slabs by means of shores. Considering the particular characteristics of shoring successive floors, it is very important to be able to estimate how loads are transmitted between shores and slabs in order to maintain adequate structural safety and avoid situations of risk or even collapse in buildings under construction. The transmission of loads from shores to slabs during all the construction stages is a complex phenomenon and has been the subject of numerous studies, especially in recent years. When constructing reinforced concrete building structures, shores are normally used being the main components of the shoring systems. These shores allow the transmission of loads from freshly poured slabs to lower floors. However, certain problems are involved in this process, including: a) the loads on the shores may be higher than expected, which can lead to the collapse of the shoring system or even of the whole structure, and b) the limited range of shore types in commercial catalogues, which often means that the shores used are oversized. This thesis describes the study carried out at Universitat Politècnica de València on the development and implementation of a new load-limiter (LL) that can be fitted to shores to improve safety and reduce the cost of constructing building structures. The study shows that combining mechanical and civil engineering fields made it possible to produce a novel device that could revolutionise the shoring techniques at present in use. The methodology used to design, develop and implement load limiters involved: a) a preliminary study of the technical-economic viability of its application, b) the conceptual and detailed design of prototypes by using numerical simulations and the design of experiments (DOE) technique, c) an ambitious experimental campaign in which load limiters and shores-load limiters as a unit were tested, d) a detailed simulation of the final design and the formulation of a simplified model that considers the behaviour of the shore-load limiter as a unit, e) the development of a full-scale experimental test to verify its correct behaviour under real conditions as a "proof of concept", and f) a numerical study to evaluate some of the multiple advantages of the use of load limiters on shores during the construction of building structures. Engineers, architects and builders could also find in this work an excellent guide to understand the load limiters behaviour and to use them on shores, that can be used in the day to day of the design of building structures and their construction, revolutionising the current shoring techniques.

L'apuntalament de plantes successives es la tècnica més utilitzada en l'actualitat per a la construcció d'estructures d'edificis de formigó armat. L'ús d'esta tècnica permet que les plantes recentment formigonades es recolzen sobre els forjats inferiors a través de cimbres. Considerant les particularitats que té l'apuntalament de plantes successives, és molt important poder estimar com es produïx la transmissió de càrregues entre les cimbres i forjats, a fi de mantindre l'adequada seguretat estructural i evitar situacions de risc, i inclús col·lapse, durant la construcció d'edificis. La transmissió de càrregues entre cimbres i forjats durant totes les etapes constructives d'un edifici és un fenomen complex, que ha sigut estudiat per molts investigadors, sobretot en els últims anys. La construcció d'edificis amb estructura de formigó armat es realitza, habitualment, amb l'ajuda de puntals que representen un dels components principals de les cimbres. Estos puntals són els encarregats de transmetre les càrregues de les plantes recentment formigonades a les inferiors. Els principals problemes que presenta l'ús de puntals vénen de: a) la possible aparició de càrregues en els puntals superiors a les previstes, que poden provocar el col·lapse de tota la cimbra o inclús de tot l'edifici, i b) els catàlegs comercials són molt limitats en quan a la varietat de puntals disponibles, la qual cosa obliga que, en la major part de les ocasions, els puntals empleats estiguen clarament sobredimensionats. En esta tesi doctoral es presenta la investigació duta a terme en l'ICITECH per a obtindre i implementar un nou dispositiu limitador de càrrega (LL per les seues sigles en anglès) a col·locar en puntals, que servirà per a millorar la seguretat i reduir els costos durant la construcció d'estructures d'edificis. L'estudi dut a terme demostra que la unió de dos àrees, com són l'enginyeria mecànica i civil, fan possible l'obtenció d'un innovador dispositiu que pot revolucionar les tècniques d'apuntalament actuals. La metodologia que s'ha seguit per al disseny, obtenció i implementació del limitador de càrrega comporta: a) un estudi preliminar de la viabilitat tecnico-econòmica de la seua aplicació, b) el disseny conceptual i de detall per mitjà de simulacions numèriques i amb l'ús de la tècnica del disseny d'experiments, c) una àmplia campanya experimental on s'assaja el limitador de càrrega i el conjunt puntal-limitador, d) una simulació detallada del disseny final i la formulació d'un model simplificat que té en compte el comportament conjunt puntal-limitador, e) la realització d'un assaig experimental a escala real per a comprovar el seu funcionament correcte baix condicions reals a mode prova de concepte , i f) un estudi numèric final per a avaluar i quantificar alguns dels múltiples avantatges de l'ús de limitadors de càrrega en puntals durant la construcció d'estructures d'edificis. Enginyers, arquitectes i constructors podran trobar en este treball una excel·lent guia per a la comprensió del comportament i l'ús de limitadors de càrrega en puntals. Aquest dispositiu podrà ser empleat en el dia a dia del disseny d'estructures d'edificis i la seua construcció, revolucionant les tècniques d'apuntalament actuals.