Presión del hormigón fresco sobre el encofrado
El reto de ingeniería del que nadie habla lo suficiente
Lista de comprobación para la monitorización de la presión en encofrados
Lista de comprobación de 35 puntos para el trabajo de campo que abarca la planificación, la configuración de los sensores, la monitorización activa y la documentación. Lista para imprimir.
El problema no es lo que indican los cálculos, sino lo que ocurre entre una subida y otra
Todo ingeniero de encofrado realiza el cálculo de la presión antes de un vertido. Consultamos la norma DIN 18218, la ACI 347R o cualquier otra norma que rija el proyecto, introducimos el caudal de vertido previsto, la clase de consistencia del hormigón y la temperatura ambiente, y obtenemos un valor de diseño para la presión lateral máxima. Se dimensiona el encofrado, se especifican los tirantes y se sella la ficha de obra. Sobre el papel, todo está bajo control.
En la obra, rara vez es tan sencillo. El hormigón fresco no es un fluido homogéneo. No se endurece al ritmo que supone la norma. No siempre alcanza el asentamiento prometido. El operador de la bomba no siempre mantiene el ritmo de vertido acordado. Y cuando se trabaja con hormigón autocompactante (SCC) o se coloca en encofrados de columnas altas y estrechas bajo la presión del programa, la diferencia entre el diagrama de presión teórico y la carga hidrostática real puede ser lo suficientemente grande como para reventar un panel.
Este artículo aborda la física de la presión del hormigón fresco, las variables que las fórmulas estándar no tienen en cuenta de forma adecuada y el papel que desempeña la monitorización mediante sensores en tiempo real a la hora de gestionar el riesgo allí donde realmente se produce: en la superficie de vertido, en tiempo real.
Los mecanismos de la presión lateral: altura de líquido, rigidez y todo lo demás
El hormigón fresco vertido en un encofrado vertical se comporta inicialmente como un fluido denso. La vibración interna rompe temporalmente los contactos entre las partículas de la mezcla y genera un estado casi líquido. En ese momento, la presión sobre la superficie del encofrado es igual a la altura hidrostática total: el producto de la densidad del hormigón, la aceleración gravitatoria y la profundidad de la zona vibrada por encima del punto de medición.
p = ρ · g · h
p = presión lateral [kN/m²] · ρ = densidad del hormigón fresco [kg/m³] · g = 9,81 m/s² · h = profundidad por debajo de la superficie del hormigón [m]
Referencia hidrostática total — aplicable dentro de la zona afectada por la vibración. Fuente: ACI 347R-14; DIN 18218:2010-01
Por debajo de la zona de vibración activa, el hormigón comienza a reconstruir su estructura interna. Se inicia la hidratación del cemento, se produce la recuperación tixotrópica y la presión lateral disminuye. Las normas de diseño tienen esto en cuenta mediante la introducción de factores de corrección para la velocidad de vertido, la temperatura ambiente y la consistencia del hormigón. La norma DIN 18218:2010-01 utiliza las designaciones de clase de fluidez F1 a F6 según la norma EN 206. La norma ACI 347R-14 aplica coeficientes de peso unitario y factores químicos junto con el término de velocidad de subida.
Aspecto técnico claveEn el caso del hormigón autocompactante, la norma DIN 18218:2010-01 exige que el diseño tenga en cuenta la presión hidrostática total a lo largo de toda la altura de vertido. El hormigón autocompactante carece de la vibración mecánica que provoca el endurecimiento precoz en el hormigón convencional; el mecanismo de alivio de presión en el que se basan las fórmulas estándar simplemente no existe. Subestimar este factor es una de las causas más comunes de fallo del encofrado en los proyectos con hormigón autocompactante.
Las variables que las fórmulas estándar no pueden reflejar por completo
Las fórmulas de cálculo son deliberadamente conservadoras, pero «conservadoras» no significa que el margen sea ilimitado. Las investigaciones han demostrado que existe una dispersión significativa entre las presiones calculadas y las medidas en ambas direcciones. Un estudio experimental publicado en la revista *Construction and Building Materials* reveló que los errores relativos entre las predicciones de la norma nacional y los valores medidos oscilaban entre el −11 % y el +78 %, lo que confirma que la velocidad de vertido y la trabajabilidad son las variables determinantes, mientras que la temperatura ambiente desempeña un papel secundario, aunque relevante.
La variable principal en todas las normas de diseño. Las velocidades lentas permiten un endurecimiento parcial antes de la siguiente elevación; las velocidades rápidas mantienen la presión hidráulica a mayor profundidad dentro del encofrado.
Las temperaturas más bajas ralentizan la hidratación y retrasan la caída de presión. Los vertidos invernales sobre sustratos fríos o elementos prefabricados son, por naturaleza, más delicados.
Una mayor fluidez se corresponde con una mayor presión sostenida. Las clases F4-F6 se acercan al comportamiento del hormigón autocompactante incluso en mezclas vibradas nominalmente.
Los retardadores prolongan el tiempo de apertura y retrasan el endurecimiento. La disminución de la presión que prevé el modelo puede producirse más tarde, o incluso no llegar a producirse en absoluto dentro del intervalo de vertido.
Dónde se originan realmente los fallos en los encofrados
Los fallos en los encofrados rara vez se deben a una única causa. Las investigaciones de los accidentes revelan casi siempre una combinación de factores: una velocidad de vertido superior a la prevista, un hormigón que llega a una temperatura inferior a la prevista y un equipo de trabajo que no tiene visibilidad de la carga real sobre el encofrado. El Comité Técnico 233-FPC de la RILEM señaló que los datos de campo muestran sistemáticamente que las curvas de presión reales difieren de los supuestos de diseño, e identificó la necesidad de realizar más campañas de medición para validar y mejorar los métodos de cálculo existentes.
MECANISMO DE FALLO
La cascada de fallos suele desarrollarse de la siguiente manera: el caudal de hormigón supera el valor de diseño → la presión aumenta hasta alcanzar la capacidad del encofrado → una conexión del panel o un tirante cede localmente → las conexiones adyacentes se sobrecargan sucesivamente → colapso repentino y progresivo. El margen de tiempo entre el inicio de la deformación plástica y el colapso es muy reducido, a menudo inferior a dos minutos. La inspección visual no permite detectar la deformación subyacente de los tirantes. Un sensor de presión puede detectar la evolución de la carga que lo predice.
Monitorización de la presión en tiempo real: de los supuestos de diseño a la realidad medida
La limitación fundamental de cualquier cálculo previo al vertido es que se basa en suposiciones. La monitorización de la presión en tiempo real sustituye esas suposiciones por mediciones. Un sensor instalado a ras de la superficie del encofrado mide la carga hidrostática real en ese punto, de forma continua, desde el momento en que el hormigón entra en contacto con la superficie del encofrado hasta que la presión ha desaparecido por completo una vez finalizado el vertido.
El valor de la ingeniería se manifiesta en dos niveles. A corto plazo, proporciona al equipo de obra la información necesaria para tomar decisiones racionales sobre el caudal de vertido en tiempo real. Si la presión se sitúa por debajo de la curva teórica, se puede aumentar el caudal de vertido de forma segura. Si se sitúa por encima, hay que reducir el caudal de vertido antes de que la carga alcance un umbral crítico.
Gestión de umbrales y alertas automáticas
Los sensores se colocan verticalmente a lo largo del encofrado —normalmente en el tercio inferior y a media altura para muros de hasta 4 m, con sensores adicionales para elementos más altos—. Los umbrales se configuran en el sistema de monitorización: una alerta de advertencia al alcanzar el 75-80 % de la capacidad de diseño y una alerta crítica al alcanzar el 85-90 %. El umbral crítico activa una notificación al ingeniero responsable y al supervisor del vertido, con la exigencia clara de detener o reducir la velocidad de vertido hasta que se revise la situación.
Ventaja operativa demostrada
Las aplicaciones prácticas de la monitorización continua de la presión en el encofrado han demostrado reducciones en el tiempo de vertido de hasta un 30 % en elementos comparables, lo cual se consigue aumentando de forma segura las velocidades de vertido cuando las presiones medidas confirman que hay un margen suficiente por debajo del umbral de diseño. La reducción del tiempo de ocupación del encofrado acorta directamente el calendario de construcción y reduce los costes de la obra, sin comprometer la seguridad.
La documentación y la dimensión normativa
Los grandes proyectos de hormigón estructural incluyen cada vez más especificaciones que exigen pruebas documentadas de que las operaciones de hormigonado se han llevado a cabo de forma controlada. Un registro continuo de la presión de cada vertido cumple este requisito de una forma que no puede hacerlo una ficha de vertido firmada por el jefe de obra. Ofrece un registro objetivo y con marca de tiempo de la carga aplicada al encofrado, el ritmo de vertido mantenido y cualquier medida correctiva adoptada.
Resumen: la importancia de los datos medidos frente a las hipótesis calculadas
Las normas de diseño nos proporcionan una base racional para el dimensionamiento de los encofrados. Sin embargo, no nos ofrecen certeza sobre lo que sucederá en la obra en un día concreto de hormigonado con una mezcla específica procedente de una planta concreta. Esa certeza se obtiene mediante la medición.
La monitorización en tiempo real de la presión del encofrado no sustituye al ingeniero. Amplía el alcance del ingeniero hasta el propio vertido, proporcionando los datos que permiten convertir las hipótesis de planificación en una ejecución controlada. El resultado son vertidos más seguros, ciclos más rápidos cuando el hormigón lo permite y un registro documentado de que la operación se llevó a cabo dentro de los límites de diseño, desde la primera capa hasta la última.
El sensor no sustituye a la competencia técnica. Es la materialización de esa competencia técnica cuando cuenta con los datos adecuados para trabajar.
Referencias y normas
- Ding, Z. et al. (2016). Estudio experimental sobre la presión lateral del hormigón fresco en el encofrado.* : Construction and Building Materials*, 111, pp. 450-460.
- Proske, T., Graubner, C.-A. et al. (2014). Presión sobre el encofrado generada por el hormigón fresco: una revisión de la práctica en el diseño de encofrados. RILEM TC 233-FPC.
- DIN 18218:2010-01. Presión del hormigón fresco sobre el encofrado vertical. Instituto Alemán de Normalización.
- ACI 347R-14. Guía sobre encofrados para hormigón. Instituto Americano del Hormigón.
- EN 206:2013+A2:2021. Hormigón. Especificaciones, características, fabricación y conformidad. CEN.
- Hurd, M.K. (2007). «Presiones laterales en el diseño de encofrados». Concrete International, junio de 2007, pp. 32-38.
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