Diseño de Encofrados Modulares para Muros: El concreto es uno de los materiales más versátiles utilizados en la construcción. Se utiliza actualmente extensivamente en la industria, ya que puede ser moldeado de formas casi arbitrarias a través de moldes rígidos denominados encofrados.
La manera en que se disponen los distintos elementos para formar el encofrado y las restricciones asociadas, genera retos computacionales interesantes que impactan directamente la industria de la construcción.
Los Encofrados Modulares
Los encofrados son un sistema de moldes que se utiliza para dar forma al concreto mientras fragua. Los encofrados pueden ser temporales (se desencofrar una vez que el concreto ha fraguado) o llegar a ser parte de la construcción.
Existen muchos tipos de encofrados y varias formas de clasificarlos. Este post se enfoca en un tipo particular del encofrado modular para muros en concreto reforzado.
El encofrado modular consta de elementos estandarizados y prefabricados, que son de gran utilidad en un gran número de proyectos y tienen partes con formas repetitivas, como edificios de viviendas.
Estos pueden reducir los costos de construcción, ya que adoptan múltiples formas debido a su versatilidad, son fáciles de manipular en la obra y se pueden reutilizar.
El elemento principal de un encofardo modular es la formaleta. La formaleta es una pieza rectangular que se puede unir con otras partes para formar un molde para verter concreto.
Cuando no se puede usar la fomaleta, se colocan uno o más rellenos de ajuste, que funcionan de manera similar a la formaletas: tienen la misma longitud, pero se fabrican con el ancho menor que el ancho de la formaleta más pequeña.
Aunque hay más piezas (piezas de esquina, varios herrajes, etc.), la complejidad del diseño del encofrado radica en cómo se disponen las formaletas y los rellenos de ajuste el prara crear el molde de una estructura en concreto.
El diseño del encofrado y la programación por restricciones
Los diseños de los encofrados especifica la forma como deben armarse los elementos que lo componen. Al momento de que se realice el diseño de encofrado se buscan los siguientes objetivos: minimizar la cantidad de formaletas requeridas y minimizar el área no cubierta por elementos normalizados.
Lo dificil del diseño del encofrado modular radica en que la cantidad disponible de tamaños de formaletas convierte el problema del diseño en uno de tipo combinatorio, que puede asemejarse al problema de cambio de monedas o al problema de empaquetamiento bidimensional.
El diseño de Encofrados en la Industria
Desde la perspectiva de la velocidad de trabajo, la calidad, el costo y la seguridad, la eficiencia del proceso de ensamblaje del encofrado es uno de los factores que determinan el éxito de un proyecto de construcción.
Por lo tanto, el diseño correcto del encofrado tendrá un impacto significativo en todo el proceso de construcción.
Se estima que el costo del encofrado representa del 40% al 60% del costo total relacionado con el concreto (es decir, el costo de mano de obra del concreto, acero, materiales de encofrado, ensamblaje y vertido del concreto) y aproximadamente el 10% del costo total de construcción.
Uso razonable de los recursos naturales que se pueden utilizar para la construcción, el reciclaje y la reutilización de materiales para minimizar el impacto en el medio ambiente, lo que lleva a las personas a cambiar su forma de pensar en la industria de la construcción
En este sentido, la reutilización inteligente de los componentes del encofrado y tecnología para la producción y uso de hormigón armado, se garantizan diferentes propiedades físicas y mecánicas en cuanto a permeabilidad, reducción del gradiente térmico, humedad, densidad y resistencia a la compresión , que responden a las características de sostenibilidad para mejorar las condiciones ambientales y ahorra recursos.
El diseño de los encofrados de construcción no debe ser subjetivo, y se debe realizar una planificación cuidadosa antes del inicio de la construcción, porque el proceso de construcción no optimizado conducirá a un aumento de los costos.
En la industria de la construcción, los principales criterios para seleccionar un sistema de encofrado específico suelen ser la eficiencia de la construcción, el costo de los componentes y la repetibilidad de la obra.
Para el sistema basado en encofrado modular, el costo se puede reducir reduciendo el precio de alquiler de los componentes y la mano de obra de montaje del encofrado. Sin embargo, se pueden estudiar múltiples criterios al diseñar un sistema de encofrado.
Modelado del Problema
Reglas de la colocación del Encofrado
En el diseño de encofrado modular, el encofrado y los rellenos se colocan de acuerdo con las siguientes reglas:
- Según las tolerancias definidas, cubren el área de modulación total o parcialmente.
- Están organizados en filas.
- Tienen una orientación estándar (la parte más larga está en el eje 𝑦).
- Solo se pueden girar 90 °.
- No se superponen.
- Se colocan consecutivamente.
- No sobresalen del área de modulación en los bordes laterales e inferiores.
Además, las filas de formaletas obedecen las siguientes reglas:
- Si tienen cierta altura, se pueden girar 90 °, que es la última fila en la parte superior.
- Si hay una fila encima de otra fila, la altura de la primera fila debe ser igual o menor que esa altura.
- Hay como máximo un relleno adecuado por fila.
- Si una fila consta de un encofrado en una posición girada, no se utilizan rellenos de ajuste en esa fila.
- Las filas constan solo de encofrados en posiciones estándar o solo formularios rotados.
El area de Modulación
La mayor complejidad del problema radica en ajustar la posición del encofrado y el relleno. La disposición de otros elementos del encofrado depende del número y disposición del encofrado o de la forma propia del muro (extremos de muros, intersecciones, vanos o vanos de puertas y ventanas).
Es así como se define el área de modulación como el área de la pared donde se deben colocar los encofrados o rellenos.
Simplificación de la entrada del problema
El muro de hormigón armado (muro para abreviar) de un edificio es una estructura tridimensional.
Los elementos que componen un encofrado también son objetos tridimensionales. Como una de las tereas primordialesa realizar para abordar el problema del diseño del enconfrado, de muro lineal es simplificar la entrada para que la ubicación de las piezas y los detalles de su forma en el espacio de deje al sistema de visualización en la etapa de posprocesamiento.
Descomposición rectangular orientada verticalmente
La descomposición rectangular orientada verticalmente es el proceso de convertir el área de modulación en un rectángulo simple sin espacios en el interior. La forma más sencilla de comprender la descomposición rectangular de orientación vertical del área de modulación.
Primero, es necesario obtener una proyección de la superficie exterior de cada pared y usarlas para realizar una descomposición rectangular direccional.
Si dibujamos un rayo vertical que coincide con el borde lateral de cada vano, o si cambia la dirección del borde de un polígono recto, entonces cada polígono se descompondrá en un rectángulo simple sin agujeros en el interior.
Al identificar de forma única cada rectángulo y conocer la posición de su esquina inferior izquierda, se puede reconstruir el polígono recto original.
