Para algunos profesionales este es un tema bastante estudiado pero para otros no tanto. Simplemente se decide por el uso de algún tipo de puntal sin mucho fundamento. Es por eso que nos decidimos a dar algunas explicaciones, que aunque sencillas, pretenden echar luz al uso de puntales metálicos.
Básicamente son dos los aspectos fundamentales: Resistencia y conveniencia constructiva. Si no te interesa la parte estructural podes pasar a la segunda sección, denominada Rendimientos de obra, para averiguar de que se trata más en detalle.
El uso de puntales metálicos para el encofrado de losas ya es indiscutido en algunos ámbitos. También es muy utilizado para apuntalamientos laterales de muros, columnas de gran porte e incluso entibaciones o excavaciones.
ASPECTOS ESTRUCTURALES
Si comparamos los puntales tubulares metálicos con los de madera inmediatamente encontramos dos características básicas bien diferenciadas, el numero de “re usos” y su resistencia. Sobre los usos vamos a hablar en la sección de rendimientos, mientras que a continuación vamos a hacer un stop para analizar que tan resistentes son estos elementos.
Antes de meternos en las expresiones matemáticas vale aclarar que el analisis de un puntal tubular es complejo. Esto es así porque estamos en zonas de trabajo donde el pandeo define su resistencia y porque el elemento tubular no solo tiene excentricidades, que vamos a estudiar mas adelante, sino que además se compone de dos elementos de distinto diámetro: Uno dentro de otro unidos por una rosca y un pasador como tope. Con lo cual estamos frente a un problema de pandeo en sección variable con excentricidades difícilmente calculables con exactitud.
De todos modos esto no nos impide acotar el problema.
Analizando una barra biarticulada, como es el caso de la mayoría de los encofrados en obra (esto es así porque los pequeños desplazamientos cuando se re acomodan los encofrados no permiten materializar exactamente los apoyos como empotramientos), se llega a la carga crítica de Euler que es la de la expresión a continuación:
Donde intervienen el numero Pi (3.14..), el módulo de elasticidad del material, el momento de inercia de la sección, y la longitud de trabajo del puntal. Dependiendo de si arriostremos o no. Es importante aclarar que curiosamente no depende de la resistencia del material (tensión de fluencia o de rotura, aunque si de su rigidez, modulo de Young).
Como se ve en la expresión anterior la carga critica que soportará un puntal metálico es lineal con en momento de inercia, eso explica porque las secciones que se diseñan son tubulares, y más efectivas que las secciones macizas. La relación resistencia peso no requiere justificación.
Hasta acá llegamos a que como el problema de pandeo es muy relevante lo mas probable es que la falla llegue antes debido a Pc (pandeo elástico) que por esfuerzo axil sin considerar efectos locales de segundo orden. Pero también existe el riesgo de que la falla se produzca por abolladuras localizadas en las paredes del puntal debido a tensiones críticas, con lo cual llegamos a la siguiente expresión:
Y aparece el cociente (l / i) denominado esbeltez, que es bien conocido en la práctica por todos. Esta esbeltez es de suma importancia para saber si estamos frente a un problema de pandeo o no. Es decir, si superamos un determinado valor debemos preocuparnos por el pandeo. Si no, el problema se reduce a una sencilla cuenta de tensiones debido a esfuerzo axil.
La curva característica para resolver este problema es la curva de Euler que se construye para cada material y se muestra a continuación para un caso especifico:
La curva anterior está confeccionada para un acero levemente más resistente a los utilizados en obra pero sirve para ver que a partir de una esbeltez de 80 estamos en presencia de una disminución de resistencia debido al pandeo y debemos considerarlo en nuestros cálculos.
Por ejemplo:
Puntal tubular 40 / 48 -1.6 mm (alguno cualquiera que exista en el mercado)
Radio de giro= 0.35*4,4 cm = 1.6 cm
Luz= 310 cm
Esbeltez = 310 / 1.6 =193.5
Esto significa que estamos muy por delante del limite de 80 para no considerar pandeo, inclusive arriostrando todos los puntales a media altura (esbeltez = 96.5) debemos considerarlo. Es decir, trabajamos en el campo elástico de Euler.
Pasando los 3.50 m y/o los 500 kg/m2 de carga se deben hacer estudios más detallados de apuntalamientos, dado que a esas cargas o alturas los elementos pierden capacidad de carga rápidamente e intervienen otros aspectos a considerar en el diseño. Y ya se utilizan o bien otro tipo de puntales u otro tipo de sistemas de apuntalamientos.
A todo lo anteriormente mencionado se suman problemas de excentricidad como ser debidas a la propia fabricación del elemento, al juego rosca/pasador, a su colocación y también a variaciones en el apoyo de los mismos. Las superficies raramente son planas y para tableros fenólicos se re acomodan tanto por humedad o por carga debido al colado del hormigón y generan excentricidades difíciles de evitar.
Hagamos algunas cuentas:
Vamos a comparar una sección maciza de pino ellioti 3”x 3” con un puntal tubular 40/48-1.6mm. Ambos en 3.10m de longitud.
Momentos de inercia:
Imadera= 7^4 / 12 = 200.1 cm4 - Iacero= π/32 * (De^4-Di^4) = 6.41 cm4
Imadera / Iacero = 200.1 / 6.41 = 31.21 - 3120 %
Módulos de rigidez:
Emadera= 26.000 kg/cm2 (Para pino ellioti clase 2 - Emin extraído de tabla S.1.1.3.1 C601)
Eacero= 2.100.000 kg/cm2
Emadera / Eacero = 26.000 / 2.100.000 = 0.0123 - 1.23%
Con lo cual:
Pcmadera / Pcacero = 31.21*0.0123 = 0.383
Quiere decir que para las secciones analizadas la sección de madera solo resiste un 38% de la de acero. Siendo que su momento de inercia es 31 veces mayor, pero su módulo de rigidez mucho menor.
¿Cuánto resiste un puntal?
Vamos a analizar algunos cuadros y gráficos de cargas de puntales de reconocidas marcas:
Por otro lado tenemos este gráfico que nos da la resistencia en función de la longitud de apertura a la que estemos trabajando:
Como no se aprecia bien la imagen anterior traducimos los resultados:
Longitud: 1.80m - Carga última: 3200 kg
Longitud: 3.10m - Carga última: 2100 kg
Longitud: 3.50m - Carga última: 1800 kg
Se supone que las anteriores son cargas últimas aunque el fabricante no aclare. Tampoco dice si considera segundo orden, excentricidades y/o métodos de colocación en obra.
Calculando la máxima carga de rotura considerando pandeo para una sección 40/48 - 1.6mm de 3.10m llegamos a que:
Pc= 2.100.000*pi^2*6.41/310^2 = 1381 kg
Tc= Pc/A = 551 kg/cm2 (observar que es casi 5 veces menor que la máxima tensión de fluencia)
Comparando la máxima carga con la tabla B entendemos entonces que se tratan de cargas ultimas sin considerar coeficientes de seguridad.
Los coeficiente de seguridad usuales para este tipo de apuntalamientos son de 2 a 3.
Considerando 2 obtenemos los siguientes valores obtenemos cargas ADMISIBLES:
Pc Euler (teórico) = 690 kg
Pc (comercial)= 840 kg
Cabe destacar que estamos haciendo un analisis teórico y lo estamos comparando con ensayos que efectúan los fabricantes a los cuales no tenemos acceso. Con lo cual semejante diferencia podría ser aceptable. La variación de lo obtenido teóricamente con lo que proveen los fabricantes es del 18%.
Si ademas calculamos el esfuerzo admisible según CIRSOC 601-13 en un puntal de 3"x3" de pino ellioti grado 2, obtenemos lo siguiente:
Si bien estamos comparando métodos en Rotura (LRFD) con tensiones admisibles (ASD) al suponer un coeficiente de seguridad de 2 podríamos comparar las cargas admisibles en cada caso.
Pero en lineas general la carga admisible de un puntal metálico puede tomarse igual a 840 kg mientras que para uno de madera de 570 kg. Resulta 47% mas resistente el puntal metálico.
Conclusiones
Las cargas ofrecidas por las tablas de fabricantes de puntales metálicos son en estado último y no tienen en cuenta coeficientes de seguridad. Se deberán usar según el criterio del profesional. Y por otro lado varían en casi 50% (2100/1381) del lado de la inseguridad. Usar estos datos con máxima precaución y bajo asesoramiento profesional si es necesario. Y considerar la posibilidad o no de arriostramientos intermedios.RENDIMIENTOS DE OBRA
Se tomarán valores de distintas fechas para materiales y mano de obra (debido a la cuarentena, se corregirá eventualmente), pero como se pretende analizar de manera relativa el tema no presenta mayores inconvenientes.
Claro está que estas comparaciones pueden despertar dudas e incluso debates pero de eso se trata, de poner sobre la mesa el análisis crítico con el único fin de decidir con los números si este sistema conviene o no en términos económicos.
Precios al 29/04/20
Puntal 3x3 de Pino 61 $/ml + iva (eucalipto 73 + iva y varas 90 + iva) - En 3m = 183 $/puntal. Pero la tasa de uso de la madera es de 3 a 4 veces. Con lo cual podríamos considerar el precio anterior dividido por 3.5= 52 $/puntal, sin iva .
Puntal metálico - alquiler por unidad 200$/puntal (disminuye para cantidades)
A modo de ejemplo se analizan las relaciones de costos a la hora de montar el encofrado de una losa de 250m2 (edificio de planta tipo en la ciudad de Posadas).
Se toma como jornal al día de la fecha (29/02/20 - Paritaria UOCRA) 175 $/hr. Bruto sin cargas sociales, solo a fines de comparación.
La siguiente tabla ha sido extraída de una tesis de grado en la Universidad San Martín de Porres, Lima, tiene en cuenta tiempos asociados a cada sistema de encofrados. Son valores orientativos pero pueden servir de guía para una análisis del tema:
Se tomarán de manera muy conservadora los siguientes valores:
puntales de madera 3 hr/m2
puntales metálicos 1 hr/m2
Teniendo en cuenta la tabla de relaciones obtenidas de la tesis mencionada se llega a que:
montando con sistema tradicional: 250m2 x 3 hr/m2 x 175 $/hr = $131.250. Que con una cuadrilla de 3 oficiales y 3 ayudantes tardaríamos 14 días en montar los puntales.
montando con puntales metálicos: 250m2 x 1 hr/m2 x 175 $/hr =$43.750. Que con una cuadrilla idéntica a la anterior nos llevaría 4.5 días.
La relación de tiempos es de exactamente 14/4.5 = 3.1 veces a favor de los puntales metálicos.
En cuanto al costo de materiales por losa tenemos que:
puntales de madera considerando 3.5 usos, 250m2/0.8/0.8= 390 puntales de 3x3 en 3m. Da un total de 390 puntales x 52 $/puntal = $20.280 / por losa. (si se usara una sola vez serían $70.980)
puntales metálicos 250m2: 250 puntales. 250 puntales x 200 $/mes= $50.000, parece mucho mas pero resta analizar el conjunto.
Gastos totales en materiales y mano de obra:
puntales de madera: $131.250 + $ 20.280= $151.530
puntales metálicos: $43.750 + $50.000= $93.750
La diferencia es evidente. 61% de diferencia. Es decir, trabajar con puntales metálicos sale poco más de la mitad y se trabaja 3.1 veces mas rápido.(y en la mano de obra no se consideraron cargas sociales).*Se considero 1 puntal metálico/m2 dado que para una losa de 12cm: 2500kg/m3 * 0.12 cm *1.1 (peso propio del encofrado) = 330 kg.
Inferiores a los 552 kg calculados anteriormente en la sección estructural.
Analizar cada caso en particular sobre todo por arriostramientos y estabilidad de conjunto.
En suma los beneficios se pueden listar a continuación:
Fácil y rápido montaje. Personal no tan calificado en el rubro carpintería.
Elementos muy livianos por unidad y de fácil transporte.
Infinidad de usos (1000 según el fabricante c/ mantenimiento de rosca y demás).
Elevada resistencia. Seguridad de obra.
Es mucho más sencillo plantear contraflechas.
Rendimiento en su colocación.
Puesta en carga mediante rosca de manera muy simple.
Economía final.
Algunas desventajas:
Deterioro si se acopia o utiliza de manera incorrecta.
Oxido de los mismo si no se los cuida de la humedad.
Lugar para acopio. A menos que se alquilen, en ese caso no existe esta desventaja.
Este sistema también tiene sus recomendaciones para el correcto uso. Un punto importante a tener en cuenta es el hecho de considerar que la bases de los puntales esté correctamente unida al piso ante eventuales levantamientos. Cuando se cargan los encofrados con grandes volúmenes de hormigón es posible que otros sectores sufran momentos negativos e intenten despegarse del suelo. Ojo con eso.
Calcular a consciencia macizados de ábacos y elementos estructurales de elevado porte. En macizados las cargas se disparan y pueden ocurrid asentamientos.
RESPECTO DEL USO DE MADERA EN ENCOFRADOS
Para terminar haremos algunos comentarios respecto de la sustentabilidad. Hecho que no puede ponerse en números pero que merece la pena reflexionar.
El primer tema es la seguridad. En general los apuntalamientos metálicos no requieren arriostramientos aunque cada caso deba ser estudiado por un profesional de las estructuras. La imagen que se muestra a continuación es de una caso famoso de derrumbe durante el hormigonado, de haberse utilizado puntales metálicos ello probablemente no hubiera ocurrido. Observar la inversión en arriostramientos horizontales.
Por otra parte se puede observar en la imagen la densidad de puntales y arriostramientos que se están utilizando. Es prácticamente un bosque. Si esa obra tuviese 4 plantas. Todos esos puntales al llegar a la última planta no servirían de nada. Y deberían desecharse. Ya sea por humedad, por falta de rigidez, por cortes excesivos, etc. Porque la tasa de reutilización de puntales de madera para losas es (como máximo y no recomendado) de 5 veces.
Debemos tener consciencia en utilizar madera en proyectos donde la misma sea definitiva, como ser viviendas prefabricadas de madera, revestimientos o elementos que puedan tener una vida útil mas extensa que los puntales en obra.
Está en nosotros tomar este tipo de decisiones. Y con todo lo expuesto anteriormente se pretende dejar en claro que los puntales metálicos son más seguros y económicos. A todo esto sobreviene el analisis financiero sobre la adquisición de los mismos.Para poder trabajar con un equipo de puntales completo se requiere disponibilidad de camiones, personal y deposito. En cuanto a la distribución de los mismos se requiere de capacidad de carga de 2000kg en adelante lo cual nos lleva a camiones de 2 ejes. Y con respecto al espacio deben tenerse en lugares ventilados y en permanente inspección y reparación. El mantenimiento es un punto importante para la seguridad de estos elementos. Solo resulta conveniente comprarlos en el caso de obras con gran volumen y de larga duración. Sino la opción mas conveniente resulta alquilarlos para fines específicos.
Debemos apuntar a aumentar la calidad de nuestros proyectos, y para ello debemos entender y estudiar las nuevas tecnologías disponibles. Si queremos alcanzar la excelencia debemos buscarla en todos los rubros de la obra.
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Ivan Edsberg. Ing. Civil.-
Fuentes:
Estudio comparativo de puntales - Juan Manuel de la Peña Aznar