En Construcción.

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Montaje con Apuntalamiento y Cimbra: Soporte Temporal para la Construcción Segura de Estructuras Metálicas

El montaje con apuntalamiento y cimbra, en el contexto de la construcción de estructuras metálicas, se refiere al uso de estructuras temporales auxiliares diseñadas para soportar, estabilizar o moldear elementos estructurales durante las fases de montaje, hasta que estos elementos alcancen su resistencia definitiva o hasta que la estructura en su conjunto sea autoestable. El apuntalamiento y la cimbra son esenciales para garantizar la seguridad de los trabajadores y la integridad de la estructura durante el proceso constructivo, especialmente cuando se montan elementos prefabricados, elementos de gran tamaño o peso, o estructuras con geometrías complejas.

Es importante distinguir entre los términos "apuntalamiento" y "cimbra", aunque a menudo se usan indistintamente:

• Apuntalamiento (o apeo): Se refiere generalmente a la provisión de soporte *vertical* temporal a elementos estructurales, para evitar su deformación excesiva, pandeo o colapso bajo su propio peso o bajo las cargas de montaje. Los puntales son los elementos más comunes utilizados para el apuntalamiento.
• Cimbra: Se refiere a una estructura temporal más compleja, que puede proporcionar soporte *vertical, horizontal e incluso moldear* elementos estructurales. La cimbra se utiliza a menudo para soportar elementos curvos o inclinados, o para crear una plataforma de trabajo temporal. En el contexto de estructuras de concreto, la cimbra se refiere al encofrado. En estructuras metálicas, se usa más comúnmente el término "apuntalamiento", pero "cimbra" también puede referirse a estructuras temporales más elaboradas.

En la práctica, se habla de "sistemas de apuntalamiento" para referirse a cualquier estructura temporal.

El montaje con apuntalamiento y cimbra es una práctica común en la construcción de estructuras metálicas en Colombia, especialmente en proyectos que involucran:

• Montaje de vigas de gran luz: Las vigas de gran longitud pueden requerir apuntalamiento temporal en uno o más puntos intermedios durante el montaje, para evitar deformaciones excesivas o pandeo lateral.
• Montaje de elementos prefabricados: Los elementos prefabricados, como paneles de fachada, módulos de escaleras o secciones de cubierta, pueden requerir apuntalamiento temporal hasta que se conecten a la estructura principal.
• Montaje de estructuras con geometrías complejas: Las estructuras con formas curvas, inclinadas o irregulares pueden requerir cimbras o apuntalamientos temporales para mantener su forma y estabilidad durante el montaje.
• Montaje en voladizo: Cuando se montan elementos en voladizo (que sobresalen de un apoyo), es necesario utilizar apuntalamiento temporal para soportar el voladizo hasta que se complete la conexión.
• Montaje por etapas: En el montaje por etapas, se pueden requerir apuntalamientos temporales para asegurar la estabilidad de la estructura en cada etapa, antes de que se complete la estructura completa.
• Reparación o refuerzo de estructuras existentes: El apuntalamiento se utiliza para soportar elementos estructurales existentes mientras se realizan trabajos de reparación o refuerzo.

El montaje con apuntalamiento y cimbra debe cumplir con los requisitos de seguridad establecidos en la legislación colombiana y con las normas técnicas aplicables. La NSR-10, aunque no tiene un capítulo específico sobre apuntalamiento de estructuras metálicas (sí lo tiene para concreto), establece requisitos generales de seguridad y estabilidad que deben cumplirse durante todas las fases de la construcción.

Tipos de Apuntalamiento y Cimbra

Existen diversos tipos de apuntalamiento y cimbra, que se pueden clasificar según su material, su configuración y su función:

1. Según el Material

• Apuntalamiento metálico: Es el tipo más común en el montaje de estructuras metálicas. Utiliza elementos de acero, como tubos, perfiles, vigas y torres modulares, para proporcionar el soporte temporal. El apuntalamiento metálico es ajustable, reutilizable y fácil de montar y desmontar.
• Apuntalamiento de madera: Se utiliza madera (puntales, tablones, vigas) para proporcionar el soporte temporal. El apuntalamiento de madera es más económico que el metálico, pero es menos resistente, menos duradero y menos adaptable. Se utiliza principalmente en proyectos pequeños o en situaciones donde no se requiere una gran capacidad de carga.
• Apuntalamiento mixto: Combina elementos metálicos y de madera.

2. Según la Configuración

• Puntales individuales: Son elementos verticales que se utilizan para soportar cargas puntuales. Pueden ser de acero (tubos o perfiles) o de madera. Los puntales metálicos pueden ser ajustables en altura.
• Torres de apuntalamiento: Son estructuras formadas por varios puntales unidos entre sí mediante diagonales y arriostramientos. Las torres de apuntalamiento proporcionan una mayor capacidad de carga y estabilidad que los puntales individuales. Pueden ser modulares (formadas por elementos prefabricados que se ensamblan) o construidas a medida.
• Marcos de apuntalamiento: Son estructuras planas formadas por puntales y vigas, que se utilizan para soportar cargas distribuidas o para proporcionar estabilidad lateral.
• Cimbras: Son estructuras más complejas que pueden tener formas curvas o inclinadas, y que se utilizan para soportar elementos estructurales con geometrías especiales.
• Sistemas de andamios: Aunque principalmente se usan como plataformas de trabajo, también pueden usarse como sistemas de soporte temporal.

3. Según la Función

• Apuntalamiento de carga: Se utiliza para soportar el peso propio de los elementos estructurales y las cargas de montaje.
• Apuntalamiento de estabilización: Se utiliza para proporcionar estabilidad lateral a los elementos o a la estructura en su conjunto, evitando el pandeo o el volcamiento.
• Apuntalamiento de forma: Se utiliza para mantener la forma de un elemento o estructura durante el montaje (ej. en arcos).

Componentes de un Sistema de Apuntalamiento

• Puntales: Elementos verticales que transmiten la carga al suelo o a una estructura de soporte.
• Vigas: Elementos horizontales que distribuyen la carga entre los puntales.
• Diagonales y arriostramientos: Elementos que proporcionan estabilidad lateral al sistema de apuntalamiento.
• Bases: Elementos que distribuyen la carga de los puntales sobre el terreno o la estructura de soporte. Pueden ser placas de acero, durmientes de madera o zapatas de concreto.
• Cuñas: Elementos que se utilizan para ajustar la altura de los puntales y para asegurar un contacto firme entre el puntal y la estructura a soportar.
• Conexiones: Elementos que unen los diferentes componentes del sistema de apuntalamiento (pernos, pasadores, abrazaderas, etc.).
• Sistemas de arriostramiento: Cables o tensores que se utilizan para estabilizar el sistema.

Diseño del Apuntalamiento y la Cimbra

El diseño del apuntalamiento y la cimbra es una actividad crítica que debe ser realizada por un ingeniero estructural calificado, con experiencia en este tipo de estructuras temporales. El diseño debe considerar:

• Cargas: Se deben determinar las cargas que actuará sobre el sistema de apuntalamiento, incluyendo el peso propio de los elementos estructurales a soportar, el peso de los equipos de montaje, las cargas de viento, las cargas sísmicas (si aplica) y cualquier otra carga relevante.
• Geometría de la estructura: Se debe considerar la geometría de la estructura a soportar y la configuración del sistema de apuntalamiento.
• Secuencia de montaje: El diseño del apuntalamiento debe ser compatible con la secuencia de montaje de la estructura. Se debe asegurar que el apuntalamiento proporcione el soporte necesario en cada etapa del montaje.
• Materiales: Se deben seleccionar los materiales adecuados para el apuntalamiento (acero, madera), considerando su resistencia, durabilidad y disponibilidad.
• Capacidad de carga: Se debe verificar que los elementos del sistema de apuntalamiento (puntales, vigas, bases, conexiones) tengan la capacidad de carga suficiente para soportar las cargas actuantes, con un factor de seguridad adecuado.
• Estabilidad: Se debe asegurar que el sistema de apuntalamiento sea estable y que no se produzcan pandeos, volcamiento o desplazamientos excesivos.
• Deformaciones: Se deben controlar las deformaciones del sistema de apuntalamiento para evitar daños a la estructura a soportar.
• Cimentación: Se debe diseñar la cimentación del sistema de apuntalamiento (si aplica) para que sea capaz de transmitir las cargas al suelo de forma segura.
• Normas técnicas: Se deben aplicar las normas técnicas relevantes para el diseño de estructuras temporales. En Colombia, no existe una norma específica para el diseño de apuntalamientos metálicos, pero se pueden utilizar normas internacionales reconocidas, como la OSHA 1926 Subpart Q (para apuntalamientos en concreto), adaptándola al caso de estructuras metálicas, o guías de diseño de fabricantes de sistemas de apuntalamiento. También se pueden utilizar los principios generales de diseño de estructuras metálicas de la NSR-10.

Montaje del Apuntalamiento y la Cimbra

El montaje del apuntalamiento y la cimbra debe ser realizado por personal capacitado y experimentado, siguiendo estrictamente los planos y especificaciones del diseño. Algunos aspectos importantes a considerar durante el montaje incluyen:

• Inspección de los materiales: Verificar que los materiales a utilizar (tubos, perfiles, vigas, bases, cuñas, etc.) estén en buenas condiciones y cumplan con las especificaciones.
• Preparación del terreno: Asegurar que el terreno donde se apoyará el apuntalamiento esté nivelado, compactado y tenga la capacidad de soporte adecuada.
• Instalación de las bases: Colocar las bases de los puntales o torres de apuntalamiento en la posición correcta y nivelarlas.
• Montaje de los puntales y torres: Montar los puntales y torres de apuntalamiento siguiendo la secuencia y las instrucciones del diseño. Asegurar que los elementos estén correctamente conectados y arriostrados.
• Ajuste de la altura: Ajustar la altura de los puntales utilizando las cuñas o los sistemas de ajuste incorporados, para asegurar un contacto firme con la estructura a soportar.
• Verificación de la verticalidad y la alineación: Verificar la verticalidad de los puntales y la alineación del sistema de apuntalamiento.
• Seguridad: Implementar todas las medidas de seguridad necesarias, incluyendo el uso de EPP, la delimitación de áreas de trabajo, la protección contra caídas de altura y la supervisión constante.

Desmontaje del Apuntalamiento y la Cimbra

El desmontaje del apuntalamiento y la cimbra debe realizarse de forma cuidadosa y controlada, siguiendo un procedimiento previamente establecido y aprobado. El desmontaje se debe realizar solo cuando la estructura metálica haya alcanzado la resistencia suficiente para soportar su propio peso y las cargas de servicio, o cuando se haya completado la etapa de montaje que requería el apuntalamiento.

Algunos aspectos importantes a considerar durante el desmontaje incluyen:

• Plan de desmontaje: Elaborar un plan de desmontaje que especifique la secuencia de desmontaje, los equipos a utilizar, las medidas de seguridad y los procedimientos de emergencia.
• Verificación de la estructura: Antes de iniciar el desmontaje, verificar que la estructura metálica sea autoestable y que no dependa del apuntalamiento para su soporte.
• Descarga gradual: Si es posible, descargar gradualmente el apuntalamiento antes de desmontarlo, para evitar cambios bruscos de carga en la estructura.
• Secuencia de desmontaje: Desmontar el apuntalamiento siguiendo una secuencia inversa a la secuencia de montaje, liberando primero los elementos menos cargados y dejando los elementos más críticos para el final.
• Control de la deformación: Monitorear la deformación de la estructura durante el desmontaje, para detectar posibles problemas o asentamientos excesivos.
• Seguridad: Implementar todas las medidas de seguridad necesarias, incluyendo el uso de EPP, la delimitación de áreas de trabajo, la protección contra caídas de altura y la supervisión constante.
• Retiro ordenado: Retirar los elementos del apuntalamiento de forma ordenada, evitando golpes o caídas que puedan dañarlos.
• Inspección: Inspeccionar los elementos del apuntalamiento después del desmontaje para verificar su estado y determinar si pueden ser reutilizados.

Control de Calidad en el Montaje y Desmontaje del Apuntalamiento

El control de calidad en el montaje y desmontaje del apuntalamiento y la cimbra debe abarcar los siguientes aspectos:

• Verificación del diseño: Asegurar que el diseño del apuntalamiento haya sido realizado por un ingeniero estructural calificado y que cumpla con los requisitos de las normas aplicables.
• Inspección de los materiales: Verificar que los materiales utilizados en el apuntalamiento (acero, madera, etc.) cumplan con las especificaciones y estén en buenas condiciones.
• Verificación del montaje: Asegurar que el apuntalamiento se monte de acuerdo con los planos y especificaciones del diseño, incluyendo la correcta ubicación, nivelación, verticalidad y arriostramiento de los elementos.
• Verificación de las conexiones: Asegurar que las conexiones entre los elementos del apuntalamiento estén correctamente ejecutadas y sean seguras.
• Verificación de la capacidad de carga: Verificar que el apuntalamiento tenga la capacidad de carga suficiente para soportar las cargas previstas, con un factor de seguridad adecuado.
• Monitoreo de la deformación: Monitorear la deformación del apuntalamiento y de la estructura durante el montaje y el desmontaje, para detectar posibles problemas o asentamientos excesivos.
• Verificación del desmontaje: Asegurar que el desmontaje del apuntalamiento se realice de forma segura y controlada, siguiendo un procedimiento previamente establecido.
• Documentación: Registrar todas las actividades de control de calidad, incluyendo las inspecciones, las mediciones, las no conformidades detectadas y las acciones correctivas tomadas.

Consideraciones para Colombia y Bogotá

• NSR-10: Aunque la NSR-10 no tiene un capítulo específico sobre apuntalamiento de estructuras metálicas, se deben cumplir los requisitos generales de seguridad y estabilidad establecidos en la norma. Se pueden utilizar normas internacionales reconocidas como guía para el diseño y montaje del apuntalamiento, adaptándolas al contexto colombiano.
• Disponibilidad de materiales y equipos: En Colombia existe una amplia disponibilidad de materiales y equipos para el apuntalamiento metálico, como tubos, perfiles, vigas y torres modulares.
• Mano de obra: Se debe contar con personal capacitado y experimentado en el montaje y desmontaje de apuntalamientos.
• Condiciones sísmicas: Bogotá se encuentra en una zona de amenaza sísmica intermedia y alta. El diseño del apuntalamiento debe considerar las fuerzas sísmicas.
• Regulaciones locales: Cumplir con las regulaciones locales de la Alcaldía de Bogotá en cuanto a permisos, horarios de trabajo, ruido, etc.

Tabla: Tipos de Apuntalamiento

Tabla: Materiales para Apuntalamiento

Ejemplo de Lista de Verificación para Montaje de Apuntalamiento (Simplificada)

Tabla: Riesgos y Medidas de seguridad

Cimbras Deslizantes y Trepadoras

Aunque principalmente asociadas con la construcción en concreto, las cimbras deslizantes y trepadoras pueden tener aplicaciones indirectas en proyectos de estructuras metálicas, particularmente cuando se combinan con núcleos de concreto o elementos de concreto que interactúan con la estructura metálica.

• Cimbras Deslizantes (Slipforming): Es una técnica de construcción en la que el encofrado (cimbra) se mueve continuamente a medida que se vierte el concreto. En el contexto de estructuras metálicas, esto podría aplicarse a la construcción de núcleos de concreto de un edificio alto con estructura metálica. La cimbra deslizante permitiría construir el núcleo de concreto de forma continua y rápida, proporcionando un elemento de soporte y arriostramiento para la estructura metálica. La estructura metálica podría anclarse al núcleo a medida que este se eleva.
• Cimbras Trepadoras (Jumpforming/Climbing Formwork): Es una técnica en la que el encofrado se eleva por etapas, utilizando un sistema de gatos hidráulicos o mecánicos. Similar a la cimbra deslizante, esto podría aplicarse a la construcción de núcleos de concreto en edificios altos con estructura metálica.

El uso de estas técnicas en combinación con estructuras metálicas requiere una cuidadosa planificación y coordinación entre los equipos de construcción del concreto y del acero.

Sistemas de Apuntalamiento Hidráulico

Además de los sistemas de apuntalamiento metálico convencionales (tubos, perfiles, torres modulares), existen sistemas de apuntalamiento hidráulico que ofrecen ventajas en términos de capacidad de carga, precisión de ajuste y control. Estos sistemas utilizan gatos hidráulicos para soportar y ajustar la altura de los puntales o torres de apuntalamiento.

• Ventajas:
  • Alta capacidad de carga.
  • Ajuste preciso de la altura y la carga en cada puntal.
  • Monitoreo continuo de la carga en cada puntal.
  • Facilidad para descargar el apuntalamiento de forma controlada.
• Aplicaciones:
  • Apuntalamiento de estructuras pesadas.
  • Apuntalamiento de estructuras sensibles a deformaciones.
  • Apuntalamiento en proyectos donde se requiere un control preciso de la carga.

Monitoreo de la Deformación del Apuntalamiento

Es crucial monitorear la deformación del sistema de apuntalamiento durante el montaje de la estructura metálica. Esto permite detectar posibles problemas, como sobrecargas, asentamientos excesivos o inestabilidad del apuntalamiento, y tomar medidas correctivas antes de que se produzca una falla.

• Métodos de monitoreo:
  • Mediciones topográficas: Utilizando estaciones totales o niveles ópticos para medir la posición y el desplazamiento de puntos de control en el apuntalamiento.
  • Sensores de deformación (strain gauges): Instalados en los elementos del apuntalamiento para medir la deformación unitaria y calcular las tensiones.
  • Sensores de desplazamiento (LVDTs, potenciómetros): Para medir el desplazamiento lineal de los puntales o torres.
  • Inclinómetros: Para medir la inclinación de los puntales o torres.
  • Celdas de carga: Para medir la carga en los puntales o en los anclajes del apuntalamiento.
• Frecuencia del monitoreo: La frecuencia del monitoreo debe ser definida en el plan de montaje, y puede variar desde mediciones periódicas (cada hora, cada día) hasta monitoreo continuo en tiempo real.

Apuntalamiento en Estructuras Existentes

El apuntalamiento de estructuras metálicas existentes es una tarea delicada que requiere una evaluación cuidadosa de la condición de la estructura existente, las cargas que soporta y los posibles riesgos asociados al apuntalamiento. Se deben considerar los siguientes aspectos:

• Evaluación de la estructura existente: Realizar una inspección detallada de la estructura existente para identificar posibles daños, corrosión, deformaciones o debilidades.
• Análisis estructural: Realizar un análisis estructural para determinar las cargas que soporta la estructura existente y para diseñar el sistema de apuntalamiento adecuado.
• Selección del sistema de apuntalamiento: Seleccionar un sistema de apuntalamiento que sea compatible con la estructura existente y que no genere cargas excesivas o concentraciones de tensiones en los elementos existentes.
• Monitoreo: Monitorear cuidadosamente la estructura existente y el sistema de apuntalamiento durante la instalación y durante la realización de los trabajos de reparación o refuerzo.
• Coordinación: Estricta coordinación entre el equipo que realiza el apuntalamiento y el que realiza las obras en la estructura existente.

Tabla: Equipos Comunes para Apuntalamiento Metálico

Tabla: Criterios de Diseño para Apuntalamiento

Ejemplo de Lista de Verificación para Desmontaje de Apuntalamiento

Tabla: Normas y documentos de referencia