ES2319103T3 - Construccion de techo y tejado de composite doblemente pretensado con sofito plano para edificios industriales de gran envergadura. - Google Patents

Abstract

Construcción de techo y tejado de composite con doble pretensado con sofito plano para construir edificios industriales de gran envergadura caracterizada en que comprende una plancha de sofito acabado de hormigón claramente ancha y delgada (1) y una construcción superior de acero dividida en dos partes (2), con forma inclinada o de arco, conectada a la plancha de sofito (1) por elementos verticales (3), con pretensado central, mediante el pretensado por adhesión realizado en el molde (6) por lo que la construcción superior de acero (2) se pretensa mediante el empuje y la separación efectuada con la cuña (7) en la zona central y, posteriormente, se conectan las partes separadas de acero (2).

Description

Construcción de techo y tejado de composite doblemente pretensado con sofito plano para edificios industriales de gran envergadura.

Campo técnico

Según la clasificación internacional de patentes, la presente invención se refiere al campo establecido en la subcategoría E04B1/00 que generalmente trata de construcciones y elementos de construcción E04C3/00 y más particularmente al grupo E04C3/00 y 3/294.

Problema técnico

Las construcciones de techo y tejado de composite con doble pretensado con techos de sofito plano son elementos prefabricados que soportan planos en el espacio para construir edificios industriales de gran envergadura, que resuelven varios problemas parciales técnicos concebidos para conseguir lo siguiente: construir el sofito plano en edificios de gran envergadura eliminando una vista generalmente antiestética de la construcción del tejado desde el interior del edificio, eliminar el inútil espacio que hay entre las jácenas inclinadas del tejado y reducir el innecesario volumen caliente del interior, formar un espacio con ventilación natural entre el techo y el tejado que ahorre energía de calefacción y permita que las instalaciones estén dirigidas de manera imperceptible por el espacio superficial del ático, solucionar la seguridad de los trabajos en altura e incrementar la celeridad en la construcción de techos y tejados de gran envergadura utilizando elementos gran panel relativamente ligeros.

La solución de los problemas técnicos antes mencionados se centra en resolver el problema técnico constructivo para asegurar la capacidad de soporte, las características de adecuada utilidad y la durabilidad de la construcción previniendo que las deflexiones y el ancho de las fisuras de la ligera plancha de sofito de hormigón sean demasiado grandes.

El uso de la plancha de sofito de hormigón armado habitual reduciría la envergadura de estas construcciones ligeras y haría que las características de utilidad a largo plazo de la construcción fuesen poco fiables.

Las deflexiones demasiado grandes de la plancha de sofito de hormigón armado podrían mitigarse mediante la utilización de una construcción superior más rígida o ser compensadas por la deflexión opuesta del encofrado pero esto sería únicamente una manera antieconómica y poco fiable de reducir las deflexiones por lo que el problema de las fisuras permanece sin resolver.

La plancha de sofito de hormigón armado empleada en una gran envergadura sufre una gran cantidad de tensión que produce fisuras y sus avances debido a la contracción y deslizamiento del hormigón por lo que la magnitud de la deflexión aumenta de forma interactiva a medida que el ancho de las fisuras incrementa. Las fisuras iniciales en la plancha de sofito debidas a la combinación de la gran fuerza de tensión axial y de una pequeña cantidad local de momentos flectores concentrados localmente en puntos donde la construcción superior está conectada a la plancha de sofito, se vuelven más anchas con el tiempo en lugar de distribuirse a lo largo de la longitud total de la plancha de sofito, lo que sería más deseable en el comportamiento del hormigón armado.

Por consiguiente, el problema se centra en el método adecuado de pretensado que pueda contrarrestar de forma segura y duradera la gran deflexión y eliminar o reducir el agrietamiento en el hormigón de la plancha de sofito sometida a elevada tensión, y que también produzca la deflexión hacia arriba de la plancha de sofito de hormigón e introduzca en la misma la fuerza de compresión.

Este problema no se puede resolver mediante el método tradicional de pretensado del hormigón a causa de la especificidad de estas construcciones ya que la fuerza de pretensado central aplicada al centro de gravedad de la plancha de sofito debido a su pequeña excentricidad en comparación con el centro de gravedad de la sección transversal total sólo puede inducir el desarrollo de fisuras en la plancha de sofito y prácticamente no provoca deflexiones.

Las técnicas de pretensado usuales introducen la fuerza compresiva en una viga o en una construcción de armadura de hormigón por debajo del centro de gravedad de la sección transversal del hormigón lo que debido a la geometría específica produce la deflexión hacia arriba del elemento solucionando simultáneamente el problema de las deflexiones y el del agrietamiento del hormigón.

Puesto que el centro de gravedad de la sección transversal total de la construcción de techo y tejado de composite específico con sofito plano está situado en una pequeña excentricidad despreciable desde la plancha de sofito, no es posible pretensar por el método de pretensado habitual que simultáneamente introduce la fuerza compresiva en el cuerpo de hormigón para obtener la deflexión opuesta hacia arriba de la plancha de sofito y cubrir sus fisuras.

La introducción de tal fuerza de pretensado en la excentricidad que hay bajo el centro de gravedad de la sección transversal requeriría la colocación del centro de gravedad del tendón por debajo del nivel de la plancha de sofito, lo que estropearía el sofito plano.

La aplicación de pretensado central introduciría fuerza compresiva en el centro de gravedad de la plancha de sofito que a causa de la pequeña excentricidad sólo induce el desarrollo de fisuras pero no provoca en absoluto deflexiones. El problema técnico adicional en grandes envergaduras es la estabilización de la ligera construcción superior contra la flexión lateral sobre el total de su longitud lo que puede causar su inestabilidad y destruir toda la construcción.

Antecedentes de la invención

La presente invención trata de construcciones de techo y tejado de composite específico para las que desconozco una solución similar, excepto la jácena pretensada descrita en la US-A-3260024. Todas las ventajas dadas por la presente innovación son idóneas debido a la solución del método de pretensado que las hace aplicables en grandes envergaduras apropiadas para la construcción de edificios industriales.

Todos los métodos tradicionales de pretensado del hormigón están ajustados a las especificidades del hormigón con formas adaptadas de la sección transversal, por lo que al introducir la fuerza de pretensado en la zona inferior de las vigas, armaduras o planchas, a causa de la fuerza compresiva que actúa en la excentricidad que hay bajo el centro de gravedad de la sección transversal, se soluciona simultáneamente el problema de las deflexiones y desarrollo de fisuras. Existen varios modos habituales de pretensado en la construcción de edificios de acero por lo que algunos elementos de las armaduras están forzados a introducir mecánica o térmicamente los efectos del pretensado.

Los métodos de pretensado previamente citados son bien conocidos y se utilizan en construcciones de un único material estando por tanto adaptados a sus características específicas. Estas construcciones, debido a sus especificidades como el composite, hecho de hormigón y partes de acero, no se pueden comparar, bajo el criterio de los efectos del pretensado, con las habituales por lo que se aplican varias soluciones técnicas en el mismo sentido, es decir, introducir la fuerza de pretensado por debajo del centro de gravedad de la sección transversal.

Revelación de la invención

La presente innovación resuelve el pretensado de construcciones de techo y tejado de composite específico con sofito plano para construir edificios industriales de gran envergadura con algunas ventajas tales como:

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La presencia del sofito plano en edificios de gran envergadura elimina la vista generalmente antiestética de la construcción del tejado desde el interior del edificio, siendo estas construcciones, excepto las normalmente utilizadas para industrias pesadas y almacenes, adecuadas para industrias ligeras, tiendas y edificios similares. El sofito prefabricado está acabado y no se necesita obra adicional en el sitio concreto.

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El inútil espacio eliminado que hay entre las jácenas inclinadas del tejado reduce el volumen caliente del interior y ahorra energía de calefacción.

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El ático con ventilación natural está simplemente aislado térmicamente mediante bolas oscilantes mejorando el aislamiento del tejado, lo que permite que todas las instalaciones estén dirigidas de manera imperceptible por el espacio superficial del ático, con acceso asegurado para su mantenimiento, en lugar de estar normalmente dirigidas de manera visible a través de las paredes y otras partes interiores.

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La seguridad de los trabajos en altura durante el montaje y los trabajos de cobertura del tejado están mejorados puesto que todos los trabajos se realizan en la superficie plana de las planchas de sofito, por lo que se puede trabajar de forma natural en pie.

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El uso de elementos gran panel del tipo plancha que cubren la gran porción del tejado de una vez tiene muchas ventajas cuando se compara con muchos de los métodos habituales de construcción en donde se emplean jácenas primarias y secundarias.

Para conseguir las ventajas antes mencionadas de estas construcciones en grandes envergaduras el problema se centra en la solución técnica constructiva, como asegurar la capacidad de soporte, las características de adecuada utilidad y la durabilidad de la construcción. El problema se resuelve con doble pretensado mediante la combinación de dos métodos de pretensado independientes en donde uno reduce las deflexiones de la plancha de sofito de hormigón de la construcción y el otro elimina o reduce el desarrollo de sus fisuras debidas a la elevada tensión.

Para una mejor comprensión del problema técnico que se soluciona con esta invención, en las figuras 1 y 2 se muestra el modelo simplificado que compara el método habitual de pretensado con el pretensado utilizado en las construcciones de techo y tejado de composite con sofito plano.

Tal y como se muestra en la figura 1, mediante los métodos usuales de pretensado de vigas o armaduras la fuerza de compresión (P_{0}) se introduce por debajo del centro de gravedad del centro de gravedad del hormigón (T), en la excentricidad (e), en o por fuera de la zona de tensión, empujando los extremos de la viga hacia la zona central y produciéndose el momento flector negativo (M=e x P_{0}) que causa la deflexión hacia arriba (u) de la viga. Con dicho pretensado la deflexión hacia arriba reduce la deflexión hacia abajo de la carga externa aplicada por lo que simultáneamente la fuerza compresiva aplicada (Nt) cubre las fisuras en la zona de tensión de la viga.

Este método no se puede utilizar en construcciones de techo y tejado de composite específico ya que comprende la amplia plancha de sofito con el bajo centro de gravedad de la sección transversal total. La utilización de la pesada plancha de sofito de hormigón para la parte inferior de la construcción con la ligera parte superior de acero parece ilógica, porque el acero que frecuentemente tiene problemas de estabilidad sufre una elevada compresión y el hormigón que puede soportar sólo una insignificante cantidad de tensión está expuesto a una tensión considerable. Sin embargo, esta elección es el precio que se debe pagar para conseguir el sofito plano y sus ventajas. Debido a esta elección irracional de soporte de carga, este pretensado requerirá más gastos que el pretensado usual del hormigón. La introducción de la fuerza de pretensado (P_{0}) por debajo del centro de gravedad de la sección transversal requeriría el descenso del tendón por debajo de la plancha de sofito lo que arruinaría el efecto del sofito plano.

El principio de pretensado de la presente invención mostrado en la figura 2 presenta un tipo de inversión comparado con el habitual.

El efecto de la deflexión hacia arriba (u) se obtiene empujando la construcción superior separada por la mitad, desde la zona central hacia sus extremos por lo que la fuerza compresiva de pretensado (P_{0}) actúa en la excentricidad (e) sobre el centro de gravedad del hormigón de la sección transversal (T).

En ambos métodos comparados, se consigue el momento flector negativo (M=e x P_{0}) lo que produce la deflexión hacia arriba (u) de la plancha de sofito. Pero puesto que mediante el pretensado usual se introduce la fuerza compresiva (Nt) deseable en la plancha de sofito, en el otro caso, al empujar la construcción superior hacia sus extremos, se introduce la indeseable fuerza de tensión (Nv) que se debe reducir o eliminar con un pretensado adicional y este es el precio que se ha de pagar para conseguir el sofito plano.

La figura 3 muestra en el mismo modelo este segundo pretensado central adicional que introduce la fuerza de compresión (Nt1) en la plancha de sofito con lo que se elimina la tensión, debido tanto a la carga externa como al primer pretensado mostrado en la figura 2. Este segundo pretensado no produce momentos flectores porque actúa en la excentricidad despreciable del centro de gravedad del hormigón y no converge con las deflexiones obtenidas por el pretensado anterior.

Por tanto, el problema técnico de control de fisuras y deflexiones de la construcción se soluciona mediante dos métodos de pretensado independientes.

En el modelo real de la figura 4 se ilustra la ejecución práctica de ambos métodos de pretensado. La construcción superior de acero comprende dos partes simétricas, por la mitad de las mitades desconectadas de la envergadura (2) y los elementos verticales de conexión (3). En el punto de ruptura de la zona central, existe el detalle con cuña vertical que pretensa e interconecta después a la construcción superior. Ambas mitades de la construcción superior se colocan primero en el encofrado (6) para verter la plancha de sofito.

Los tendones de acero se pretensan en el molde (4), los cuales han sido previamente conducidos por orificios (5) situados en los extremos de las barras (3) para conectar las partes de acero (3) a la plancha de sofito de hormigón (1) y, a continuación, la plancha (1) se solidifica. Después de que el hormigón se ha endurecido, los tendones pretensados se liberan del encofrado (6) de tal modo que la plancha de sofito queda sometida a la fuerza compresiva. La construcción se pretensa ahora según el primer paso.

La construcción superior (2) se incorpora ahora a la plancha de sofito de hormigón (1). Tal y como se muestra en la figura 1, la plancha de hormigón se encuentra ahora bajo esfuerzos compresivos pero la plancha de sofito no sufre deflexión hacia arriba.

Entonces se aplica el pretensado adicional, de acuerdo con el principio mostrado en la figura 2. En el punto de interrupción de la construcción superior (2), se coloca la cuña de acero (7) en los conductos de conexión incorporados en ambos extremos de las partes separadas y se prepara el dispositivo de accionamiento (8) que empuja la cuña.

Al dirigir la cuña de acero dentro del detalle (7) se produce el empuje de ambas partes separadas de la construcción superior (2) hacia los extremos de la plancha de sofito (1) introduciendo la fuerza de tensión en la misma, pero la plancha de sofito está ya sometida a compresión previa debido al primer pretensado.

Esta fuerza compresiva introducida por el primer pretensado debe ser de tal cantidad que tras sustraer la tensión debida al segundo pretensado haya todavía la suficiente reserva de compresión de tal modo que tras sustraer la tensión debida a la carga externa aplicada en la plancha de sofito de hormigón existe tensión por debajo del límite permitido o ha sido eliminada hasta igualarla a cero.

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Descripción de los dibujos

La figura 1 ilustra en el modelo simplificado el principio del método de pretensado habitual que introduce la fuerza compresiva de pretensado por debajo del centro de gravedad de la sección transversal y muestra la propagación de las fuerzas interiores.

La figura 2 ilustra en el modelo simplificado el principio del método de pretensado que introduce la fuerza compresiva de pretensado mediante el empuje y separación de la construcción superior por encima del centro de gravedad de la sección transversal y muestra la propagación de las fuerzas interiores.

La figura 3 ilustra en el modelo simplificado el pretensado central adicional en la construcción de la plancha de sofito y muestra la propagación de las fuerzas interiores.

La figura 4 es la vista lateral de un modelo real que muestra la necesidad de ilustrar los métodos de pretensado y las partes constitutivas.

La figura 5 es la sección transversal de la construcción con sus partes constitutivas.

La figura 6 es el detalle de la construcción superior desconectada donde se aplica la fuerza de pretensado.

La figura 7 muestra la manera de proteger la construcción superior contra la flexión.

Descripción de la realización preferida

La construcción superior de acero (2), separada simétricamente en la zona central en dos partes iguales, se coloca en el molde (6) para hormigonar la plancha de sofito (1) que sostiene el elemento vertical (3). Los tendones de acero se pretensan en el molde (4), los cuales han sido previamente conducidos por orificios (5) situados en los extremos de las barras (3) y, a continuación, la plancha de sofito (1) se solidifica. Tras el endurecimiento del hormigón, acelerado por el proceso de curado al vapor, los tendones (4) se liberan del molde (6). Por tanto, el paso de primer pretensado está completado.

En el punto de interrupción de la construcción de acero (2) en el detalle preparado, que disminuye la concentración de esfuerzo, se coloca la cuña de acero (7) y se prepara el dispositivo de accionamiento (8) que empuja la cuña. Al dirigir la cuña dentro del detalle (7), se pretensan ambas partes separadas de la construcción superior (2) por lo que la fuerza introducida se controla mediante la medición de la deflexión hacia arriba de la plancha de sofito (1) en la zona central y la medición de la fuerza que conduce la cuña con un manómetro de presión que hay en el dispositivo de accionamiento (8). A partir de los resultados obtenidos con estas dos medidas, se puede calcular con seguridad la fuerza introducida.

Las construcciones de techo y tejado de composite con doble pretensado con sofito plano, están pensadas para construir edificios industriales de gran envergadura y edificios de gran envergadura similares. Debido a sus soluciones específicas existen muchas ventajas cuando se compara con algunos de los sistemas habituales de construcción tal como: los grandes elementos tipo plancha resuelven al mismo tiempo el tejado y el techo con sofito acabado. Un sofito estético cierra el inútil espacio que hay entre las jácenas inclinadas del tejado y reduce el volumen caliente del interior lo que ahorra energía de calefacción.

El espacio con ventilación natural formado entre el techo y el tejado permite que todos los tipos de instalaciones estén dirigidas de manera imperceptible por el espacio superficial del ático, en lugar de estar dirigidas a través de las separaciones interiores del edifico, lo cual resulta más costoso.

El uso de elementos gran panel del tipo plancha que cubren la gran porción del tejado de una vez tiene muchas ventajas cuando se compara con muchos de los métodos habituales de construcción en donde se emplean jácenas primarias y secundarias. Un sofito estético cierra el inútil espacio que hay entre las jácenas inclinadas del tejado y reduce el volumen caliente del interior lo que ahorra energía de calefacción.

La seguridad de los trabajos en altura durante la construcción está garantizada tras el montaje de las planchas de sofito por lo que el aislamiento térmico puede colocarse sobre el amplio plano horizontal y es posible trabajar de forma natural en pie sin necesidad de subir a las jácenas. Los bajos costes de estas construcciones se deben al hecho de que las planchas de techo y tejado que comprenden finalmente el sofito acabado son simultáneamente la construcción de soporte, lo que implica un bajo gasto en material. El método de pretensado mediante empuje y separación es económico, la construcción gran panel de techo y tejado que se monta rápidamente cubre enseguida gran parte del tejado y la relación de la superficie respecto del volumen de estos elementos es adecuada para el endurecimiento rápido del hormigón por vapor lo que proporciona una rápida producción.

Debido a las ventajas antes citadas del sofito plano en el que se puede colocar un gran aislamiento térmico arbitrario cercano al espacio superficial del ático con ventilación natural, hacen que estas construcciones sean adecuadas para edificios con interiores bien climatizados tales como industrias ligeras, grandes mercados, edificios deportivos y edificios similares.

Claims (5)

1. Construcción de techo y tejado de composite con doble pretensado con sofito plano para construir edificios industriales de gran envergadura caracterizada en que comprende una plancha de sofito acabado de hormigón claramente ancha y delgada (1) y una construcción superior de acero dividida en dos partes (2), con forma inclinada o de arco, conectada a la plancha de sofito (1) por elementos verticales (3), con pretensado central, mediante el pretensado por adhesión realizado en el molde (6) por lo que la construcción superior de acero (2) se pretensa mediante el empuje y la separación efectuada con la cuña (7) en la zona central y, posteriormente, se conectan las partes separadas de acero (2).

2. Construcción de techo y tejado de composite pretensado con sofito plano como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada en que la conexión entre la plancha de hormigón (1) y la construcción de acero se realiza mediante la incorporación de elementos verticales de hormigón (3) los cuales poseen orificios pasantes (5) en sus extremos inferiores por donde se conducen los tendones (4) sirviendo al mismo tiempo para sostener las mallas soldadas de refuerzo en la dimensión del molde durante el hormigonado.

3. Construcción de techo y tejado de composite pretensado con sofito plano como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada en que se pretensa mediante dos métodos independientes por lo que la deflexión y la anchura de las fisuras de la plancha de sofito de hormigón (1) se controlan pretensando la viga superior (2) y mediante pretensado central respectivamente.

4. Construcción de techo y tejado de composite pretensado con sofito plano como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada en que la viga superior (2) está protegida contra la flexión mediante elementos laterales (9) que están anclados en el hormigón de la plancha de sofito (1).

5. Construcción de techo y tejado de composite pretensado con sofito plano como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada en que la fuerza de pretensado (P_{0}) que se introduce en la construcción mediante empuje y separación, actúa sobre el centro de gravedad de la sección transversal total (T) de la construcción de composite en la excentricidad (e).