ES2211458T3 - Elemento de refuerzo estructural y metodo de utilizacion del mismo para reforzar un producto. - Google Patents

Abstract

Elemento estructural para reforzar un producto formado por un material estructural endurecible con posterioridad al endurecimiento del material, siendo dicho elemento estructural una malla de refuerzo que comprende: un conjunto de bandas de urdimbre en el cual por lo menos algunas de dichas bandas se encuentran separadas, estando dichas bandas de urdimbre formadas de fibras de por lo menos uno de un primer tipo de fibras y de un segundo tipo de fibras, presentando dicho primer tipo de fibras una robustez suficiente como para reforzar el material endurecible con posterioridad a su endurecimiento y una mayor resistencia a la degradación en el material endurecible que el segundo tipo de fibras; y un conjunto de bandas de trama en el cual por lo menos algunas de las bandas se encuentran separadas y dispuestas en ángulos sustancialmente rectos con respecto al conjunto de bandas de urdimbre para definir una estructura abierta a través de la cual pueda pasar el material endurecible con anterioridad a su endurecimiento, estando dichas bandas de trama formadas de por lo menos uno del primer y del segundo tipo de fibras, de modo que la malla esté parcialmente formada de fibras del primer tipo que continuarán reforzando el material endurecido en el caso de que las fibras del segundo tipo se corroan en el material endurecido.

Description

Elemento de refuerzo estructural y método de utilización del mismo para reforzar un producto.

Campo de la invención

La presente invención se refiere en general a elementos estructurales adaptados para reforzar un producto. La presente invención se refiere asimismo a métodos de utilización del elemento estructural para formar productos reforzados.

Antecedentes de la invención

Las estructuras formadas de hormigón y de otros materiales derivados del cemento o de la construcción a menudo requieren un refuerzo en su construcción. Estos materiales de hormigón presentan una resistencia a la tracción baja, si bien exhiben una buena resistencia a la compresión. Cuando se utiliza el hormigón como elemento estructural, por ejemplo en un puente, en un edificio o similares, a menudo se utiliza el refuerzo para incorporar la resistencia a la tracción necesaria. En estructuras de hormigón nuevas y ya existentes, como por ejemplo pasos, rampas, aceras, conducciones, etc. el refuerzo se ha llevado a cabo con una variedad de formas de acero como tramas de acero abiertas, barras de refuerzo de acero y mallas de acero. Las mallas de acero se han utilizado para reforzar estructuras de hormigón como por ejemplo plataformas de puentes levadizos. Estas mallas de acero son una estructura de celda cerrada y cada sección de la malla de acero contiene y encierra una columna rectangular o cuadrada de hormigón. Estos tipos de mallas resultan inherentemente muy ineficaces al utilizarse como material de refuerzo.

El acero y otros metales utilizados como agente de refuerzo están sometidos a corrosión. Los derivados de corrosión tienen como resultado una expansión de la columna del acero que provoca un efecto de "desconchado" que puede provocar una rotura y un deterioro de la estructura de hormigón. Esta rotura y descascarillado de las estructuras de hormigón es grave en zonas de mucha humedad y en zonas en las que se utiliza frecuentemente sal en las carreteras, en los pasos y las aceras para deshacer hielo o nieve. Los puentes sobre vías fluviales en zonas como la costa de Florida o los Cayos de Florida se encuentran expuestos al aire oceánico, que provoca su deterioro y una vida media reducida, lo cual requiere la reconstrucción constante de dichos puentes. Las estructuras de hormigón en Oriente Próximo utilizan hormigón realizado con la arena acídica local, que también provoca la corrosión de los refuerzos del acero.

Además, debido al potencial para el desconchado debido a la corrosión de los elementos de refuerzo metálicos, dichas configuraciones típicamente requieren un mínimo de una pulgada o más de "recubrimiento", lo que quiere decir que los elementos de refuerzo de acero están separados por lo menos una pulgada aproximadamente de la superficie del hormigón. Esto requiere que el diseño de espesor de los elementos de hormigón, como los paneles, debe presentar un cierto espesor mínimo, normalmente de unas tres pulgadas, para permitir el espesor del elemento de refuerzo de acero y aproximadamente una pulgada de hormigón en cada lado del elemento de refuerzo. Este espesor mínimo para evitar el desconchado provoca ciertas restricciones de diseño y requiere un peso relativamente elevado por pie cuadrado de área de superficie del panel.

Se han considerado muchos tipos de plásticos para reemplazar el acero tradicional en hormigón armado. Un intento de sustitución del acero en el refuerzo utiliza barras de refuerzo de acero recubiertas con resina epoxy. Sin embargo, el completo recubrimiento del acero con epoxy resulta difícil. También, debido a las duras condiciones de manipulación en campo, la superficie de las barras de refuerzo de acero recubiertas de epoxy frecuentemente presentarán rasguños. Estos rasguños tienen como resultado el desarrollo de una agresiva corrosión localizada del acero y provoca los mismos problemas que se han descrito anteriormente.

Se han utilizado barras de refuerzo de compuesto de fibra de vidrio para reforzar estructuras de hormigón, como por ejemplo los muros y los suelos de las salas de rayos X en hospitales en los que no está permitido el uso de refuerzos de morfología metálica. El método de aplicación es similar al de las barras de refuerzo de acero. Las barras de refuerzo de compuesto de fibra de vidrio presentan formas longitudinales discretas que están configuradas en moldes y realizadas de forma manual. A continuación se vierte el hormigón en esta disposición de molde de estructura.

Las barras de refuerzo de compuesto de fibra vidrio se parecen a las barras de refuerzo de acero en que la superficie se deforma. También se han utilizado emparrillados de fibra de vidrio que son similares a los emparrillados peatonales de acero como refuerzo en hormigón, pero su construcción, que forma muros sólidos, no permite el libre movimiento del material del molde. Esto se debe a que los refuerzos del eje "Z" o eje vertical forman muros sólidos.

Cuando se trata de reforzar estructuras o columnas de soporte de hormigón, se han aplicado recubrimientos alrededor de las columnas para que actúen como ceñidores y evitar la expansión o el descascarillado del hormigón. El hormigón no es un material dúctil, así, este tipo de refuerzo únicamente es para la parte exterior de la columna. Un tipo de recubrimiento consiste en enrollar un tejido impregnado con una resina líquida del tipo termoendurecible alrededor de las columnas. La construcción típica de estos recubrimientos tiene fibra de vidrio en la dirección circular de la columna y fibras de vidrio y de Kevlar en la dirección longitudinal de la columna. Otro intento utiliza tiras o bandas unidireccionales (en la dirección circular) impregnadas en fibra de carbono, que están diseñadas para ser enroladas bajo tensión alrededor de columnas deterioradas. El compuesto resultante se cura in situ empleando una fuente de calor externa. En estos acercamientos, los materiales utilizados en los recubrimientos de refuerzo se aplican esencialmente a la columna de hormigón en un estado no curado, aunque se puede utilizar un sustrato preimpregnado que se encuentra en un estado "semicurado", es decir, curado hasta la etapa B. Cuando se utiliza un textil tejido, puede darse el "enrollado" cuando se utilizan fibras de carbono o de vidrio, debido a que el proceso de ejido induce a "enrollados" inherentes tanto en un tejido laminado húmedo como en un tejido preimpregnado, lo cual tiene como resultado el recubrimiento de una fibra poco estirada alrededor de la columna.

Otro intento para reforzar estructuras y columnas de hormigón es soldar placas de acero alrededor de las columnas de hormigón para dar soporte al muro de hormigón. Dichas placas de acero también están sujetas a la corrosión y a la relajación resultante del deterioro de la columna que soporta. Este intento sólo es un refuerzo externo y no presenta un aspecto estético aceptable, lo cual lo convierte en poco conveniente.

Se ha llevado a cabo un intento de reforzar mezclas de hormigón utilizando fibras cortas (de ¼ a 1 pulgada) de acero, nailon o polipropileno. Generalmente, no se utilizan fibras de vidrio desnudas del "tipo E" debido a la susceptibilidad de las fibras de vidrio al ataque alcalino en el cemento Portland.

La patente US nº 5.836.715, que se incorpora en la presente memoria como referencia, proporciona un elemento de refuerzo estructural de ejemplo para carreteras y otras estructuras de asfalto y hormigón. El elemento de refuerzo que se da a conocer en dicha patente comprende una malla provista de un conjunto de bandas de urdimbre y de un conjunto de bandas de trama dispuestas en ángulos sustancialmente rectos entre sí. La malla se impregna sustancialmente en su totalidad con una resina, de modo que fije las bandas en sus puntos de cruce. El conjunto de bandas de urdimbre se separa en grupos, conteniendo cada uno de ellos una pluralidad de bandas contiguas, con por lo menos una banda de cada grupo en un lado del conjunto de bandas de trama, y por lo menos otra banda de cada grupo en el otro lado del conjunto de bandas de trama en una relación contigua sobrepuesta con la otra banda del grupo del otro lado de las bandas de trama. Dichas bandas pueden estar compuestas de vidrio (preferentemente vidrio del tipo-E), carbono, aramida o nailon. Sin embargo, tal como se ha indicado anteriormente, el uso de fibras de vidrio en materiales de cemento puede resultar difícil debido a la susceptibilidad de dichas fibras de vidrio al ataque alcalino en el cemento Portland. Además, otras de las fibras que se dan a conocer en la patente adolecen de desventajas individuales, como el coste relativamente elevado del carbono, a pesar de su excepcional robustez y resistencia al ataque alcalino en el hormigón.

De este modo, existe una necesidad de elementos estructurales mejorados adaptados para reforzar una variedad de productos. Por ejemplo, continúa existiendo una necesidad de un elemento de refuerzo estructural para estructuras de hormigón que cumpla el refuerzo o que incremente las propiedades materiales de la estructura de hormigón sin estar sometido a la corrosión o al ataque. Dicho elemento de refuerzo estructural preferentemente no sólo será resistente a la corrosión y al ataque, sino que también presentará un coste relativamente bajo. También sigue existiendo una necesidad de métodos para reforzar productos utilizando dichos elementos estructurales.

Un objetivo de la presente invención es superar las deficiencias de la técnica anterior, mencionados anteriormente. Un objetivo más particular de esta invención es proporcionar un elemento estructural adaptado para reforzar de forma efectiva una variedad de diferentes productos, incluyendo paneles de hormigón con muros relativamente delgados. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar métodos para la utilización del elemento estructural adaptados para reforzar un producto, y para producir generalmente el elemento estructural.

Sumario de la invención

Los objetivos indicados, así como otros objetivos y ventajas de la presente invención, se alcanzan mediante la malla de refuerzo de la presente invención que incluye ventajosamente fibras de un primer y de un segundo tipo. El primer tipo de fibras presenta una robustez suficiente para reforzar el material estructural endurecible, como por ejemplo hormigón, con posterioridad a su endurecimiento. El primer tipo de fibras también presenta una mayor resistencia a la degradación en el material endurecido que el segundo tipo de fibras. Como tal, dicho primer tipo de fibras continuará reforzando el material endurecido en el caso de que las fibras del segundo tipo se corroan en el material endurecido. Como consecuencia, se puede utilizar un tipo de fibra de un menor coste como el segundo tipo de fibra y se puede corroer en el material endurecido sin afectar en la robustez del producto estructural endurecido.

Más particularmente, la presente invención incluye un elemento estructural para reforzar un producto formado de un material estructural endurecible después del endurecimiento del material. Dicho material endurecible puede ser hormigón convencional, asfalto u hormigón polímero. El elemento estructural está en forma de una malla de refuerzo e incluye un conjunto de bandas de urdimbre en las que por lo menos algunas bandas están separadas. Dichas bandas de urdimbre están formadas de fibras de por lo menos uno de los primeros tipos de fibras y de los segundos tipos de fibras. Tal y como se ha mencionado anteriormente, el primer tipo de fibras presenta una robustez suficiente como para reforzar el material endurecible después del endurecimiento y una mayor resistencia a la degradación en el material endurecido que el segundo tipo de fibras. Según una forma de realización de la invención, las fibras del primer tipo comprenden fibras de carbono y las fibras del segundo tipo comprenden fibras de vidrio. Las fibras de carbono presentan una robustez suficiente como para reforzar el material endurecido con posterioridad a su endurecimiento. Contrariamente, las fibras de vidrio se pueden corroer en el material endurecido, pero presentan un coste mucho menor que las fibras de carbono.

La malla también incluye un conjunto de bandas de trama en las que por lo menos algunas de las bandas están separadas y dispuestas en ángulos sustancialmente rectos con respecto al conjunto de bandas de urdimbre para definir una estructura abierta a través de la cual puede pasar el material endurecible antes de su endurecimiento. Las bandas de trama también están formadas de por lo menos uno de los primeros y los segundos tipos de fibras, de modo que el enmallado está formado parcialmente de fibras del primer tipo que continuarán reforzando el material endurecido en el caso de que las fibras del segundo tipo se corroan en el material endurecido.

El conjunto de bandas de urdimbre se puede separar en grupos, conteniendo cada uno de ellos una pluralidad de bandas contiguas, con por lo menos una banda de cada grupo en un lado del conjunto de bandas de trama y por lo menos una banda de cada grupo en el otro lado del conjunto de bandas de trama. En particular, la banda de urdimbre de un lado de las bandas de trama puede comprender fibras del primer tipo y la banda de urdimbre del otro lado de las bandas de trama puede comprender fibras del segundo tipo.

La malla según una forma de realización está impregnada sustancialmente en su totalidad con una resina termoendurecible etapa-B, de modo que fije las bandas en los puntos de cruce de las bandas y que mantenga la malla en un estado semiflexible que permita que la malla se conforme según la forma del producto que se va a reforzar. La resina termoendurecible se puede curar en su totalidad posteriormente, con anterioridad al uso, de manera que fije las bandas en los puntos de cruce de las bandas y que mantenga la malla en un estado relativamente rígido.

Una aplicación particularmente útil de la malla de refuerzo es en productos de muros delgados fabricados en hormigón. La malla permite ventajosamente que el panel del muro delgado disponga de un espesor inferior a tres pulgadas aproximadamente. Los métodos asociados también forman parte de la invención.

De este modo, la presente invención proporciona un elemento de refuerzo para hormigón y asfalto que a su vez es robusto y presenta un coste relativamente bajo. Las fibras de carbono del primer tipo proporcionan la robustez necesaria para reforzar el material endurecible con posterioridad a su endurecimiento, mientras que las fibras de vidrio del segundo tipo proporcionan estructura a la malla de refuerzo con anterioridad a su empotramiento en el material endurecible. Debido a la durabilidad y a la robustez de las fibras del primer tipo, las fibras del segundo tipo pueden presentar un coste menor y no resulta preocupante la corrosión de las mismas.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en perspectiva de un elemento de refuerzo estructural que comprende una forma de realización de la presente invención.

La figura 2 es una vista en perspectiva de un elemento de refuerzo estructural adaptado para reforzar un producto que comprende otra forma de realización de la presente invención.

La figura 3 es una vista en perspectiva de un elemento estructural adaptado para reforzar un producto que comprende otra forma de realización de la presente invención.

la Figura 4 es una vista en perspectiva de una forma de realización de un elemento estructural según la presente invención y que está adaptado para su uso con barras de refuerzo metálicas o de fibra de vidrio.

la figura 5 es una vista en sección transversal de una estructura de panel de hormigón con muro delgado, reforzada con una malla de refuerzo según la invención.

La figura 5A es una vista ampliada en sección transversal del panel de muro delgado según la figura 5 y que ilustra con mayor detalle la malla de refuerzo.

La figura 6 es una vista en perspectiva de otra forma de realización del elemento de refuerzo estructural según la invención.

Descripción detallada de la invención

A continuación se describirá en detalle la presente invención, haciendo referencia a los dibujos adjuntos. La invención no pretende estar limitada por las formas de realización descritas, más bien, dicha descripción detallada se incluye para permitir que cualquier experto en la materia realice y utilice la invención.

En la Figura 1 se muestra un elemento de refuerzo estructural para reforzar un producto, que es la base de la presente invención. Dicho elemento estructural se puede utilizar para reforzar productos formados de un material estructural endurecible, como hormigón o asfalto, disponiendo dicho elemento estructural en el material endurecible con anterioridad a su endurecimiento. El elemento estructural comprende una malla 10 provista de un conjunto de bandas de urdimbre 12 y un conjunto de bandas de trama 14 dispuestas en ángulos sustancialmente rectos entre sí. Cada una de las bandas comprende una pluralidad de filamentos continuos, compuestos por ejemplo de vidrio (un vidrio del tipo-E resulta particularmente adecuado), carbono, aramida, o fibras de nailon.

De forma ventajosa, algunas de las bandas 12, 14 de la malla están formadas de un primer tipo 11 de fibras y algunas de las otras bandas de la malla están formadas por un segundo tipo 16 de fibras, tal y como se puede apreciar en las figuras 1 y 6 que ilustran formas de realización preferidas. El primer tipo 11 de fibras presenta un módulo de elasticidad a la tensión y una dureza elevados para reforzar estructuras de hormigón después del endurecimiento del hormigón. El primer tipo 11 de fibras también es resistente a lo largo del tiempo al ataque alcalino y a la corrosión del hormigón. Se ha observado que el uso de fibras de carbono como el primer tipo de fibras resulta particularmente útil.

Las fibras del segundo tipo 16 están, según una forma de realización preferida, formadas de vidrio. Las fibras de vidrio no son tan robustas como las fibras de carbono y están sujetas al ataque alcalino y a la corrosión del material de hormigón. De hecho, se ha observado que las fibras de vidrio en las estructuras de hormigón se rompen y pierden toda la robustez original de las fibras al cabo de un periodo de varios años. Sin embargo, las fibras de vidrio presentan un coste significativamente inferior que las fibras de carbono. Con la presente invención se mantienen las ventajas de ambos tipos de fibras mientras que se minimizan las desventajas. En particular, Las fibras de vidrio 16 únicamente cumplen una función de refuerzo durante la manipulación de la malla 10 con anterioridad a ser embebida por el hormigón o durante el posterior proceso de endurecimiento del hormigón. En algún caso, las fibras de vidrio podrían resultar suficientes para reforzar el hormigón si éstas no fuesen atacadas por el mismo. Sin embargo, incluso a pesar de que las fibras de vidrio 16 se corroen y pierden toda su robustez posteriormente, las fibras de carbono 11 continúan reforzando el hormigón. Por otra parte, el uso de una malla de refuerzo 10 formada sólo parcialmente por fibras de carbono presenta un coste mucho menor que una malla de refuerzo formada enteramente de fibras de carbono.

Sin embargo, el primer y el segundo tipo de fibras puede no ser necesariamente de fibras de carbono y de vidrio y dichas fibras pueden incluir otras composiciones tal y como se indica anteriormente. Para optimizar las prestaciones de las fibras de vidrio, éstas se pueden estar recubiertas con un revestimiento (por ejemplo, de silano) lo cual ha demostrado que ayuda a resistir los efectos del ataque alcalino y además, se compatibiliza de forma excelente con la resina de termoendurecible que se ha mencionado anteriormente. Las fibras de la malla pueden, de forma alternativa o adicional, estar recubiertas con caucho (como por ejemplo látex de caucho butadieno estireno) y similares para minimizar la corrosión de las fibras de vidrio. Además, la malla de refuerzo según la presente invención no está limitada a su uso en estructuras de hormigón y se puede utilizar en otros productos como por ejemplo asfalto de carreteras, en el que las fibras pueden estar sometidas a otro tipo de efectos de corrosión como la exposición al agua de lluvia con una gran concentración de sal de carretera.

El conjunto de bandas de urdimbre 12 está separado en grupos 13, conteniendo cada uno de los mismos dos bandas contiguas en las formas de realización ilustradas. El conjunto de bandas de trama 14 está separado en grupos 15, conteniendo cada uno de ellos varias bandas contiguas en las formas de realización ilustradas de las Figuras 2, 3 y 6, aunque un experto en la materia podría reconocer que, al igual que sucede con las bandas de urdimbre, cada grupo puede comprender únicamente una banda. Por ejemplo, la Figura 1 ilustra una forma de realización en la que se separan entre sí las bandas de trama individuales. Los grupos de bandas de cada conjunto se encuentran separados entre sí, de modo que definan una estructura abierta. Además, se observará que en las formas de realización ilustradas, se dispone una banda de cada grupo de bandas de urdimbre 13 en un lado del conjunto de bandas de trama, y la otra banda de cada grupo de bandas de urdimbre 13 se dispone en el otro lado de las bandas de trama en una relación contigua sobrepuesta. De esta manera, los conjuntos de bandas no se entrecruzan. Además, la superposición resultante de las bandas de urdimbre consigue un efecto de "compresión o encapsulamiento" de las bandas en la dirección de la trama creando un enlace mecánico y químico en los puntos de cruce.

El primer tipo 11 y el segundo tipo 16 de fibras pueden presentar diversas disposiciones en la malla. Por ejemplo, las bandas de urdimbre 12 o los grupos de bandas de urdimbre 13 se pueden alternar entre las fibras del primer tipo 11 y las fibras del segundo tipo 16, tal y como se ilustra en la Figura 1. De modo similar, las bandas de trama 14 o los grupos de bandas de trama 15 se pueden alternar entre las fibras del primer tipo 11 y las fibras del segundo tipo 16. La totalidad de las bandas en la dirección de la trama puede estar compuesta de fibras de uno o de dos tipos. De forma alternativa, la totalidad de las bandas en la dirección de las bandas de urdimbre puede estar compuesta de fibras de uno o de dos tipos. Incluso es posible incluir fibras adicionales que no sean ni del primer ni del segundo tipo en cualquiera de las dos direcciones para conseguir otras ventajas.

La forma de realización particular que se ilustra en la Figura 6 incluye una banda de fibras de carbono 11 cada tres grupos de bandas de fibra de vidrio 16, tanto en la dirección de la urdimbre, como en la dirección de la trama, de modo que cada cuarta banda está formada por lo menos parcialmente de fibras de carbono. Actualmente se considera que la separación máxima entre bandas de fibra de carbono próximas es del orden de 2 a 2 ½ pulgadas, aunque esta separación depende de una variedad de factores, tal y como podrá apreciar un experto en la materia. Las fibras de vidrio 16 son del tipo 1715 disponibles en PPG con un rendimiento de 433 yardas por libra y están dispuestas en un fajo de dos bandas en cada grupo. Tal y como se ha explicado anteriormente, las dos bandas de urdimbre 12 de cada grupo 13 están dispuestas en cada lado de las bandas de trama 14. Las bandas de fibras de carbono 11 pueden estar formadas por 48K hebras (estando provista cada una de las mismas de 48.000 filamentos individuales) con un rendimiento de 425 pies por libra. Las fibras de carbono 11 también se pueden suministrar en hebras de 3K, 6K, 12K y 24K aunque, tal y como podrá observar un experto en la técnica, las hebras de fibras mayores en ocasiones resultan más económicas que las hebras de fibras menores.

La forma de realización que se muestra en la Figura 1 incluye bandas de trama 14 que están formadas íntegramente de fibras de vidrio 16 y bandas de urdimbre 12 que incluyen tanto fibras de carbono 11, como fibras de vidrio 16. Los grupos de bandas de urdimbre 13 comprenden cada uno de ellos un par de bandas dispuestas en cada lado de las bandas de trama 14, tal y como se ha indicado anteriormente. Sin embargo, los grupos de bandas de urdimbre 13 alternan entre grupos en los que ambas bandas están formadas de fibras de vidrio y grupos en los que una de las bandas comprende fibras de carbono y la otra comprende fibras de vidrio. Las bandas de fibras de carbono 11 están todas situadas en el mismo lado que las bandas de trama 14, de modo que cada grupo de urdimbre 13 alterno tenga una banda de carbono en un lado y una banda de fibra de vidrio en el otro. De acuerdo con esto, dado que las bandas de fibra de carbono son mucho más robustas que las bandas de fibra de vidrio, las bandas de urdimbre de fibra de vidrio pueden actuar principalmente para sujetar las bandas de trama de vidrio a las bandas de urdimbre de carbono. Cada grupo de urdimbre 13 alterno también puede contener bandas de fibra de carbono 11 a ambos lados de las bandas de trama 14, lo cual proporciona una elevada "robustez de enlace del entrecruzado" a largo plazo en las intersecciones de las bandas de urdimbre y de trama.

La malla 10 puede estar impregnada sustancialmente en su totalidad con una resina termoendurecible etapa-B, de modo que fije las bandas en sus puntos de cruce y que mantenga la malla en un estado semiflexible que permita su conformado de acuerdo con la forma del producto que se va a reforzar. La malla está diseñada para su incorporación a un producto acabado, de modo que el material se conforma según la forma o la funcionalidad del uso final del producto y seguidamente se cura para formar un compuesto estructural. La capacidad de la malla para ser conformada según la forma del producto permite que el elemento se cure por medio del calor inherente que se aplica o se genera en la construcción final del producto acabado. Por ejemplo, en el caso del vertido de asfalto caliente en carreteras que se están asfaltando o de la utilización de asfalto caliente para sistemas de cubiertas, la resina de termoendurecible etapa-B impregnada en la malla se curará mediante el calor del asfalto caliente que se utiliza en dichos procesos. La resina se seleccionará para su impregnación en la malla, de manera que se cure sometiéndola al asfalto caliente a una temperatura predeterminada. Se puede aplicar calor para curar total o parcialmente la malla con anterioridad a la incorporación en estructuras de hormigón.

El entrelazado de las bandas puede formar aberturas de varias formas incluyendo cuadradas o rectangulares, que pueden variar de ½ a 6 pulgadas en mallas como la que se muestra en la Figura 1. La Figura 1 muestra una abertura cuadrada con dimensiones de una pulgada en la dirección de la urdimbre, y de una pulgada en la dirección de la trama. El tamaño de los fajos de fibra de vidrio en cada banda puede variar. Se puede utilizar una gama de bandas de vidrio con un rendimiento desde 1.800 yardas por libra hasta 56 yardas por libra y, en particular, bandas con rendimientos de 247 yardas por libra y 433 yardas por libra.

La malla 10 se puede construir utilizando una máquina convencional, como la máquina de producción de bandas que se da a conocer en la patente US nº 4.242.779 de Curinier et al., cuya exposición se incorpora de forma expresa en el presente documento por referencia.

La resina etapa-B es una resina del tipo termoendurecible que ha sido reactiva térmicamente más allá de la etapa-A, de modo que el producto únicamente presenta solubilidad parcial en disolventes comunes y no se funde en su totalidad ni siquiera a 150º-180ºF. Las resinas adecuadas incluyen epoxy, fenólico, melamina, éster de vinilo, PVC entrecruzado y poliéster isoftálico. Una característica común de todas estas resinas es que forman parte de la familia de termoendurecibles, en que se entrecruzarán en un compuesto rígido, el cual, cuando está completamente curado, no se puede reblandecer ni remoldear. También tienen la capacidad de ser "etapa-B", en la cual no se encuentran completamente curadas y se pueden reblandecer y se les puede volver a dar forma para conformar la forma del uso final del producto o corrugar en una forma tridimensional tal y como se describe a continuación. Una forma de realización preferida utiliza resina de epoxy uretano aplicada a la rejilla de trama abierta plana por medio de una emulsión de agua.

Un método preferido de producir la malla 10 incluye la aplicación de la resina en una operación por "inmersión", tal y como se describe en la patente US nº 5.836.715 que se incorpora en la presente memoria por referencia como se indica anteriormente. En la operación por "inmersión", la resina del baño se emulsiona con agua, evaporándose la misma por las posteriores operaciones de enfriamiento y calentamiento. Las resinas que son capaces de estar en la "etapa-B" tal y como se ha descrito anteriormente, son adecuadas, y las resinas contempladas por este elemento estructural son resinas con base no soluble, y pueden o no emulsionarse por medio de agua. También se pueden utilizar resinas del tipo de polietileno o PPS. Estas resinas se aplicarían en una operación de revestimiento del tipo emulsión, y se curarían hasta una etapa-B. Además, hasta un cierto punto, los filamentos propios individuales se pueden impregnar con la resina.

La impregnación de la malla 10 con una resina de termoendurecible de etapa-B permite que dicha malla sea semiflexible y se conforme según la forma del producto que se va a reforzar, particularmente con la aplicación de calor. Una vez que está conformada la malla según la forma del producto que se va a reforzar, la resina de etapa-B se cura hasta un estado termoendurecido, proporcionando al producto resultante después del enfriado una rigidez añadida y unas propiedades mejoradas.

Una de las ventajas de la malla 10 impregnada es que se puede conformar según la forma del producto que se desea reforzar y que se puede curar in situ utilizando el calor disponible en el proceso de realización normal, como el de hormigón asfáltico calentado en la construcción de carreteras asfálticas. De forma alternativa, se puede curar por medio del calor exterior, en cuyo caso se puede curar hasta un estado rígido con anterioridad a la incorporación en un producto acabado o se puede aplicar calor suplementario después de la incorporación en el producto acabado, si se desea.

Una vez curada, la malla es relativamente rígida. Esto produce un elemento estructural adaptado para reforzar un producto como una parte de hormigón prefabricado, una base de asfalto para extender, etc. Dicha malla rígida estaría compuesta estructuralmente de las mismas configuraciones y composiciones de banda que la malla plana impregnada con una resina de etapa-B, excepto en que la resina de etapa-B ha pasado a una curación completa de etapa-C. El estado rígido resultante de la malla proporciona un refuerzo añadido al producto.

Otra forma de realización del elemento de refuerzo estructural comprende un elemento estructural tridimensional, tal y como se ilustra en la Figura 2 con la referencia 32. Dicho elemento estructural tridimensional 32 se puede formar empezando con la malla 10 plana impregnada con una resina de etapa-B que se ha descrito anteriormente y procesándola en una estructura tridimensional según las técnicas que se describen en la patente US nº 5.836.715. Más particularmente, el conjunto de bandas de urdimbre 12 está corrugado en picos y valles, mientras que el conjunto de bandas de trama 14 permanece sustancialmente lineal.

El elemento estructural tridimensional 32 puede acomodar una variedad de parámetros y configuraciones de malla que pueden diferir según las necesidades variables de distintas aplicaciones como en hormigón y en la construcción de carreteras con asfalto. La altura de la malla se puede variar para acomodar restricciones de productos finales. Por ejemplo, las mallas para hormigón generalmente presentarán una altura mayor que las mallas para pavimentos asfálticos, principalmente debido a la necesidad de reforzar el mayor espesor de una nueva carretera de hormigón comparado con las capas de asfalto que normalmente presentan un espesor de sólo 2 a 2½ pulgadas. En la construcción de una nueva carretera de asfalto, donde el espesor de la capa podría ser de 5 a 11 pulgadas, se proporcionarían mallas de una mayor altura. Generalmente, el asfalto se aplica en los pavimentos asfálticos en una pluralidad de capas, presentando cada una de las mismas un espesor de 2 a 5 pulgadas, y así, la malla preferida para el refuerzo del asfalto presentaría una altura de entre 1/2 y 4 pulgadas. También se pueden proporcionar mallas de anchura variable, por ejemplo, se contemplan actualmente mallas de hasta 7 pies, aunque mediante este ejemplo, no se pretende ninguna restricción en las mallas de una mayor anchura.

El elemento estructural tridimensional 32, con una resina de termoendurecible de etapa-B tal y como se ha descrito anteriormente, permite que la malla sea semiflexible y se conforme según la forma del producto que se va a reforzar. Una vez que se ha conformado la malla según la forma del producto que se va a reforzar, la resina de etapa-B se cura, proporcionando una rigidez añadida y unas propiedades mejoradas al producto resultante. Una de las ventajas de la malla que se muestra en la Figura 2 es que se puede conformar según la forma del producto que se desea reforzar y que se cura in situ utilizando, bien el calor que surge en el proceso de realización normal, como el hormigón asfáltico calentado en la construcción de carreteras asfálticas, o bien el calor de una fuente de calor externa. Si se desea, el elemento estructural 32 también se podría curar hasta un estado rígido con anterioridad a su incorporación en un producto acabado. La malla se podría curar térmicamente a una temperatura predeterminada dependiendo de la resina en particular.

El elemento estructural tridimensional 32 presenta muchas aplicaciones potenciales. Una forma de realización preferida es un método para fabricar hormigón armado o carreteras asfaltadas. Además, se puede utilizar una malla tridimensional para reforzar estructuras de hormigón en planchas prefabricadas de hormigón, para reforzar vigas de doble T de hormigón, conducciones de hormigón, paneles de muro de hormigón, y para la estabilización de bases de agregación como rocas de agregación utilizado como sub-base en la construcción de carreteras.

La Figura 3 muestra otra forma de realización de un elemento compuesto estructural tridimensional 40 adaptado para reforzar un producto, y que da forma a la presente invención. Esta forma de realización comprende un elemento corrugado tridimensional 32a similar al elemento 32 que se ha descrito anteriormente, pero en el que los corrugados de las bandas de urdimbre 12a están inclinados en ángulos de 45º aproximadamente, en lugar de ser sustancialmente verticales como en el elemento 32. Además, el número y el emplazamiento de los grupos de trama 14a es distinto. Tal y como se ilustra, el elemento 32a se utiliza en combinación con una malla generalmente plana 10 descrita anteriormente. Específicamente, la malla generalmente plana 10 se sitúa para que sea coextensiva con uno de los planos de la malla tridimensional.

El elemento compuesto tridimensional 40 se puede impregnar con una resina de etapa-B tal y como se ha descrito anteriormente, o de forma alternativa, puede estar completamente curado con anterioridad a su incorporación a un producto que se va a reforzar, como por ejemplo productos de hormigón de cemento Portland como se describirá a continuación.

En la Figura 4 se ilustra otra forma de realización de la invención y comprende un elemento de refuerzo estructural tridimensional 32b que está provisto de una malla de una construcción muy similar a la que se ilustra en la Figura 2, y que comprende grupos de bandas de urdimbre 13b y grupos de bandas de trama 15b dispuestas en ángulos rectos entre sí. El elemento 32b incluye además posiciones específicas 42 moldeadas en las bandas de urdimbre de la malla para permitir que las barras de refuerzo de acero o de fibra de vidrio 44 se sitúen en por lo menos algunas partes hundidas del corrugado y, de este modo, que se extiendan en la dirección del corrugado. En la forma de realización preferida, estas posiciones permitirían que las barras de refuerzo de acero o de fibra de vidrio 44 se sitúen entre las superficies superior e inferior definidas por el corrugado, y así, por ejemplo a 1 pulgada aproximadamente de los cimientos o de la superficie sobre la cual estaba situada la estructura de malla. Después de situar las barras de refuerzo de acero o de fibra de vidrio en éstas, moldeadas en las posiciones 42, se pueden situar barras de refuerzo adicionales de acero (que no se muestran) en ángulos rectos con respecto a las barras de refuerzo de acero originales y sobre las mismas sujetándolas en su lugar fijándolas a las fibras "eje-Z" de la malla corrugada compuesta. El principal beneficio del "moldeado in situ" de las posiciones 42 en la malla compuesta corrugada es que permite que las barras de refuerzo de acero o de fibra de vidrio se sitúen a una distancia de los cimientos o de la base sobre la que se sitúa la malla corrugada. Al situar barras de refuerzo de acero convencionalmente en los productos como en las plataformas de puentes, resulta usual utilizar pequeños soportes de plástico con el fin de situar las barras de refuerzo de acero, de modo que no queden en los cimientos, sino que se sitúen aproximadamente entre 1 y 2 pulgadas más arriba de los mismos. Dichos soportes separados no resultan necesarios con la forma de realización de la Figura 4.

Métodos para utilizar el elemento de refuerzo estructural

Las distintas formas de realización de los elementos de refuerzo estructural tal y como se han descrito anteriormente se pueden utilizar en una variedad de métodos para reforzar diversos productos. Un método implica disponer la malla impregnada con resina etapa-B tal y como se ha descrito, aplicar la malla al producto para su conformación, y a continuación, aplicar calor al producto de modo que se cure la resina y se convierta en una resina completamente curada para hacer más rígida la malla y reforzar el producto. Cualquier producto en el que resulte ventajoso disponer de un refuerzo abierto semirígido que se puede curar in situ puede ser una aplicación potencial en la que se podría utilizar este método. Por lo tanto, las formas de realización contenidas en el presente documento a título de ejemplo no limitan dichos métodos y usos.

El uso de la malla plana y de la malla tridimensional conjuntamente, tal y como se muestra en la Figura 3, serviría para unificar la malla compuesta tridimensional en la dirección del corrugado y para permitir que los operarios en campo puedan caminar mejor sobre el material cuando se está bombeando el hormigón en la estructura de malla para formar la carretera de hormigón terminada. La malla plana se puede disponer sobre la malla tridimensional, y ajustarse con medios de ajuste como cuerdas trenzadas metálicas o plásticas, con el fin de sujetar mejor la estructura de malla plana a la parte superior de la estructura de malla corrugada. Además, en la construcción de carreteras de hormigón se podría disponer una malla compuesta plana debajo de la estructura de malla corrugada tridimensional para otorgar una integridad estructural añadida a la estructura tridimensional.

La malla tridimensional se presta a usos distintos, al permitir que el contratista adapte la cantidad de refuerzo deseada en la carretera de hormigón encajando las estructuras tridimensionales la una sobre la otra. Esto aún permitiría que el hormigón fluyese a través de las aberturas de la estructura de malla, al mismo tiempo que proporcionaría un medio para incrementar la cantidad de refuerzo en el hormigón.

Las formas de realización de la nueva malla tal y como se han descrito en el presente documento presentan una variedad de usos, además de reforzar superficies de carreteras. Por ejemplo, se pueden rehabilitar postes telefónicos deteriorados siendo el mecanismo de calor para curar una matriz asfáltica caliente o posiblemente un calor externo adicional para el curado completo. Otra forma de realización de la invención comprende un método para la fabricación de columnas de hormigón armado con un mejor comportamiento en regiones sísmicas con el curado de calor proporcionado por medio de una fuente de calor externa o por una cubierta de molde asfáltico caliente.

La malla de la presente invención, cuando está completamente curada como se ha descrito anteriormente, resulta particularmente útil para reforzar una estructura compuesta de un material de hormigón, como hormigón de cemento Portland. Por ejemplo, en el caso de construcción de una carretera nueva, se preparan los cimientos y se dispone la malla curada sobre los mismos. A continuación, se vierte el hormigón líquido sobre los cimientos de modo que la malla quede inmersa, y después del curado del hormigón, se produce una carretera de hormigón reforzada con la malla empotrada en su interior.

En la Figura 5 se ilustra otro producto de hormigón que utiliza la malla reforzada 10 según la presente invención. En algunas aplicaciones, sería deseable realizar estructuras de hormigón que dispongan de secciones de panel de muro delgado 58. Por ejemplo, los paneles 58 que no necesiten una robustez extremadamente elevada, y/o los paneles que estén reforzados con uno o más refuerzos 60 que en ocasiones son más gruesos de lo deseado debido a las limitaciones del hormigón armado con acero convencional. Tal y como se ha mencionado anteriormente, típicamente por lo menos resulta necesaria 1 pulgada de espesor de hormigón en cada lado del acero de refuerzo para cubrirlo suficientemente para asegurar que la corrosión del acero no provocará el desconchado del hormigón. Sin embargo, en el elemento estructural según la presente invención, los materiales utilizados para la malla de refuerzo no se corroerán de un modo que provoque el desconchado del hormigón de recubrimiento cuando éste es menor de 1 pulgada de espesor. Además, la malla de refuerzo 10 presenta un espesor total significativamente menor que el espesor del acero de refuerzo convencional. De acuerdo con esto, los paneles de hormigón 58 o secciones del los paneles que presentan un espesor menor de tres pulgadas, e incluso tan delgados como entre ¾ y 1 pulgada, se pueden realizar ventajosamente con la malla de refuerzo según la invención.

Otro uso de la presente invención implica un método para reforzar cubiertas asfálticas, bien como una sola plancha prefabricada o como la construcción convencional de cubiertas. Durante la formación de la cubierta, el calor del asfalto caliente curará la resina de etapa-B a la etapa-C. El resultado es una cubierta más fuerte que resistirá el combado o la deformación y la ruptura debidos al paso de peatones o del tráfico rodado sobre el mismo.

En los dibujos y en la memoria se han expuesto unas formas de realización preferidas de la invención y, a pesar de que se han empleado términos específicos, dichos términos se utilizan únicamente en un sentido genérico y descriptivo y no con fines limitativos, quedando determinado el alcance de la invención por las reivindicaciones siguientes.

Claims (8)

1. Elemento estructural para reforzar un producto formado por un material estructural endurecible con posterioridad al endurecimiento del material, siendo dicho elemento estructural una malla de refuerzo que comprende:

un conjunto de bandas de urdimbre en el cual por lo menos algunas de dichas bandas se encuentran separadas, estando dichas bandas de urdimbre formadas de fibras de por lo menos uno de un primer tipo de fibras y de un segundo tipo de fibras, presentando dicho primer tipo de fibras una robustez suficiente como para reforzar el material endurecible con posterioridad a su endurecimiento y una mayor resistencia a la degradación en el material endurecible que el segundo tipo de fibras; y

un conjunto de bandas de trama en el cual por lo menos algunas de las bandas se encuentran separadas y dispuestas en ángulos sustancialmente rectos con respecto al conjunto de bandas de urdimbre para definir una estructura abierta a través de la cual pueda pasar el material endurecible con anterioridad a su endurecimiento, estando dichas bandas de trama formadas de por lo menos uno del primer y del segundo tipo de fibras, de modo que la malla esté parcialmente formada de fibras del primer tipo que continuarán reforzando el material endurecido en el caso de que las fibras del segundo tipo se corroan en el material endurecido.

2. Elemento estructural según la reivindicación 1, en el que las fibras del primer tipo comprenden fibras de carbono y las fibras del segundo tipo comprenden fibras de vidrio.

3. Elemento estructural según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el conjunto de bandas de urdimbre está separado en grupos, conteniendo cada uno de ellos una pluralidad de bandas contiguas, estando por lo menos una banda de cada grupo dispuesta en un lado del conjunto de bandas de trama y estando por lo menos otra banda de cada grupo dispuesta en el otro lado del conjunto de bandas de trama en una relación sobrepuesta.

4. Elemento estructural según la reivindicación 3, en el que la banda de urdimbre dispuesta en un lado de las bandas de trama comprende fibras del primer tipo y en el que la banda de urdimbre dispuesta en el otro lado de las bandas de trama comprende fibras del segundo tipo.

5. Elemento estructural según la reivindicación 3, en el que la banda de urdimbre dispuesta en un lado de las bandas de trama comprende fibras del primer tipo y en el que la banda de urdimbre dispuesta en el otro lado de las bandas de trama comprende también fibras del primer tipo.

6. Elemento estructural según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los conjuntos de bandas no están entrelazados.

7. Elemento estructural según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la malla está impregnada sustancialmente en su totalidad de una resina de termoendurecible etapa-B, de modo que fije las bandas en los puntos de cruce de las bandas y que mantenga la malla en un estado semiflexible que permita que dicha malla se conforme según la forma del producto que se va a reforzar.

8. Elemento estructural según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la malla está impregnada sustancialmente en su totalidad con una resina de termoendurecible completamente curada, de modo que fije las bandas en los puntos de cruce de las bandas y mantenga la malla en un estado relativamente rígido.