ES2623461T3 - Dispositivo de unión con junta seca entre vigas y pilares prefabricados de hormigón armado - Google Patents

Dispositivo de unión con junta seca entre vigas y pilares prefabricados de hormigón armado Download PDF

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ES2623461T3 ES14382262.5T ES14382262T ES2623461T3 ES 2623461 T3 ES2623461 T3 ES 2623461T3 ES 14382262 T ES14382262 T ES 14382262T ES 2623461 T3 ES2623461 T3 ES 2623461T3
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Íñigo Calderón Uriszar-Aldaca
Amaia Aramburu Ibarlucea
José Antonio Chica Paez
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Abstract

Un dispositivo de unión con junta seca (100) para unir vigas (300) y pilares (200) prefabricados de hormigón armado, caracterizado por que comprende: un primer grupo de armaduras de unión (10') dispuestas en un primer plano y paralelas entre sí, comprendiendo cada una de dichas armaduras de unión (10) al menos una armadura (1) y dos extremos roscados (2); unos primeros medios de acoplamiento (30) para acoplar a los pilares (200) dispuestos entre las armaduras de unión (10) y perpendiculares al primer plano definido por las armaduras de unión (10); una pluralidad de chapas de anclaje (20) dispuestas definiendo un marco cerrado en cuyo interior quedan dispuestas las armaduras de unión (10) y en donde Ia región interna definida por las chapas de anclaje (20) está rellena de un material de relleno estructural (50), de forma que las armaduras de unión (10) y los primeros medios de acoplamiento (30) quedan parcialmente embebidos dentro del material de relleno estructural, comprendiendo dichas chapas de anclaje (20) una pluralidad de agujeros (21), al menos uno por extremo roscado (2) y en posición coincidente con los citados extremos roscados (2), de forma que a través de los citados agujeros (21) quedan accesibles los extremos roscados (2) de las armaduras de unión (10); unos segundos medios de acoplamiento (40) entre los extremos roscados (2) y las barras de refuerzo de las vigas (300).

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo de union con junta seca entre vigas y pilares prefabricados de hormigon armado
El objeto de la presente invencion es una union con junta seca entre pilares y vigas prefabricados en hormigon armado, es decir, mediante una junta que no necesite en obra encofrado, vertido de hormigon fresco y perlodo de fraguado del hormigon para adquirir la resistencia necesaria y que posibilite la construccion de edificios en altura de forma competitiva incluso en zonas con riesgo slsmico. Para ello, la presente invencion propone un sistema que sea abierto y universal y adaptable a las distintas geometrlas y casos posibles, y cuya junta sea seca y sencilla para unir las distintas partes, garantizando la estabilidad incluso con cargas de tipo dinamico. Por tanto, en el presente documento se describe una solucion universal realizada con acero y un material de relleno estructural (hormigon, resina, compuesto, etc.) que sea adaptable, facil de ejecutar y resistente.
Estado de la tecnica
El problema tecnico que soluciona la presente invencion es la union de vigas y pilares prefabricados de hormigon, que esta relacionado con la construccion de edificios en altura, de forma economicamente competitiva. Para construir de forma competitiva es necesario un sistema abierto y universal que se adapte a las distintas geometrlas y casos posibles para unir las partes sin tener que esperar a que el hormigon frague y sin que sean necesarios oficios especializados en obra como soldador o encofrador, que terminan encareciendo la construccion. Para construir en altura y, mas aun, en zona con riesgo slsmico, es necesario considerar, ademas del peso y las sobrecargas, las acciones horizontales, viento y selsmos, de manera que los medios de union garanticen la estabilidad incluso ante cargas de tipo dinamico.
En el estado de la tecnica actual, se exponen distintas soluciones para las conexiones pilar-pilar y para la conexion pilar-viga. Entre ellas, se puede destacar el documento coreano KR101260392 en el que se definen unas uniones para pilares y vigas prefabricados constituidas por tres elementos fundamentales: uniones entre pilares, llamadas CLM, nodos de union, llamados HM y uniones de vigas, llamadas BLM.
La parte de dicha invencion que resuelve la union entre vigas y pilares es la formada por el conjunto de las uniones entre vigas, BLM, y la correspondiente al nodo de union, HM.
Por su parte, el nodo de union, HM, esta formado por hasta cuatro mensulas de acero estructural formadas por perfiles en T, situadas cada 90 grados, que actuan de arranque de las vigas y van unidas entre si de diversas formas, bien soldadas entre si o conectadas mediante pernos a un nucleo de hormigon. La carga vertical del pilar se transmite de la parte superior del nodo a la parte inferior bien mediante una conexion ejecutada con acero estructural, lo que penaliza el paso de las armaduras de un lado a otro, tanto de viga como de pilar, o bien dejando el hueco, y pasando las armaduras y hormigonando in situ.
Por otro lado, la union entre la mensula y la viga, BLM, se realiza conectando en el punto previsto de flexion nula sendas mensulas de acero estructural con cubrejuntas, conectando las armaduras entre si y hormigonando el conjunto in situ formando la viga en el encuentro entre pilar y viga. Asl, no es en el fondo un medio de conexion entre viga y pilar prefabricado sino entre previga y pilar.
Por lo tanto, las diferencias entre este sistema y el que se propone se enumeran a continuacion:
En primer lugar, no es un sistema puramente de union entre vigas y pilares prefabricados de hormigon, sino entre previgas y pilares de hormigon.
En segundo lugar, no resuelve el problema por medio de un solo sistema sino de dos, claramente separados e identificados como BLM y HM.
En tercer lugar, no es un sistema abierto, sino que requiere de elementos prefabricados especlficos, no pudiendose realizar operaciones de adaptacion para los tipos mas comunes, usualmente existentes, ya que requiere elementos de acero estructural embebidos, de unas determinadas condiciones. Mas alla de elementos rectos, prismaticos, con unas determinadas barras de refuerzo.
En cuarto lugar, no es un sistema de junta seca, ya que la union requiere siempre de hormigonado in situ para ser resistente, lo que penaliza los tiempos de construccion de edificacion en altura ya que hay que esperar tiempos de fraguado y demas.
En quinto lugar, no es una union antislsmica. Las armaduras en algunas soluciones tienen continuidad, pero no se dispone de almas capaces de transmitir los esfuerzos, unicamente un pequeno perfil en doble T transmitiendo los esfuerzos de compresion y cortante, pero centrado en el pilar haciendolo completamente ineficaz a la flexion. Los arranques de pilar estan en puntos de cortante nulo en una direccion, pero dichos puntos no coincidiran en ambas direcciones salvo en edificios con doble simetrla, con regularidad completa en planta y en alzado, lo que es un caso demasiado particular. La solucion de dichos arranques de pilar no conecta armaduras entre si, sino que las pasa a
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traves de la pieza de conexion; al estar situadas en todo caso en lugares con flexion nula, esto penaliza el comportamiento estructural. Finalmente, tampoco hay una solucion especifica para transmitir por cortante en el pilar el esfuerzo axial de las vigas.
El documento JP5160907 detalla ciertas conexiones entre los elementos continuos de viga con otras vigas, mediante machihembrados, pasadores y cubrejuntas. No obstante, el medio de conexion a los pilares prefabricados es similar. Para evitar acercar la junta entre elementos demasiado a la zona de maximo cortante y evitar que las armaduras trabajen asi, se puede juntar en una pieza continua un segmento de pilar y unas mensulas de viga. El segmento de pilar presenta unas barras de refuerzo para hacer de macho por un lado y unos agujeros en el otro extremo para encajar las armaduras del segmento siguiente. La conexion se realiza mediante encaje y resinas. Las mensulas presentadas con este sistema cubren la mitad de la luz de las vigas, haciendo la conexion en el punto medio, lo que minimiza la tension cortante y maximiza la axial. Es un sistema cerrado, puesto que no esta pensado para la conexion de sistemas habituales de viga y pilar, sino de elementos ya formados por medios tramos de pilar y medias vigas. Por ultimo, se presentan los diagramas de cortantes y flexion en vigas frente a cargas permanentes, no considerandose otras acciones como el seismo, que tienen otros factores. La patente JP5154962 presenta una solucion basada en el mismo principio, no siendo tanto un medio de union de prefabricados viga y pilar, sino un prefabricado cerrado viga-pilar conectable consigo mismo.
El documento JP H06 146478 A (TAlSEl CORP; 27 de mayo de 1994) divulga un dispositivo de union seca que comprende las caracteristicas del preambulo de la reivindicacion 1.
Los sistemas anteriores son humedos, pues requieren de hormigonado in situ o uso de resinas, y cerrados, con lo que solo son validos para ser usados con elementos predisenados para actuar con ellos. No son sistemas adaptables, ya que las variaciones de geometria, como las distintas secciones de pilar en altura o distintas luces de viga hacen que estas soluciones no sean viables, al tener que combinarlas de forma imposible. Tampoco son un solo medio de union para elementos de viga y pilar prefabricados, sino la misma solucion dividida en dos partes o un prefabricado distinto, con su medio de union correspondiente. Finalmente, no consideran el efecto de acciones horizontales como el seismo y, en algunos casos, los posibles efectos de corte en las armaduras al situar las secciones de junta en puntos que pueden sufrir importantes tensiones cortantes. Solo presentan factores de acciones permanentes, como el peso propio y las cargas muertas, verificandose la ausencia de la consideracion de otras acciones fundamentales como el viento o el seismo.
Por lo tanto, estos sistemas requieren una gran inversion de implantacion, al necesitar moldes de encofrado y piezas propias para todo. Estos sistemas no son compatibles con otros sistemas prefabricados y su aplicacion no sera posible para multitud de geometrias de edificios, ni garantizara la seguridad estructural en las zonas sismicas, limitando su aplicabilidad.
Descripcion de la invencion
En aras de solventar los problemas tecnicos descritos, la presente invencion describe, en un primer aspecto, un dispositivo de union con junta seca entre vigas y pilares prefabricados de hormigon armado que comprende:
un primer grupo de armaduras de union dispuestas en un primer plano y paralelas entre si (las armaduras de union estan orientadas en el primer plano de tal forma que con el dispositivo montado para su uso las armaduras quedan alineadas con las armaduras de las vigas a unir), comprendiendo cada una de dichas armaduras de union una armadura y dos extremos roscados (las armaduras de union pueden constituir armaduras en cuyos extremos se sueldan esparragos roscados o pueden ser armaduras que tiene sus extremos roscados), unos primeros medios de acoplamiento con los pilares dispuestos entre las armaduras de union y perpendiculares al primer plano definido por las armaduras de union (estos medios de acoplamiento estan previstos para acoplarse o permitir el paso de las barras de refuerzo de los pilares),
una pluralidad de chapas de anclaje dispuestas definiendo un marco cerrado en cuyo interior quedan dispuestas las armaduras de union, y donde la region interna definida por las chapas de anclaje esta rellena de un material de relleno estructural (hormigon, resina, compuesto, etc. realizado en taller, no en obra), de forma que las armaduras de union y los primeros medios de acoplamiento quedan parcialmente embebidos dentro de dicho material de relleno estructural (en concreto, las armaduras quedaran completamente embebidas pero los extremos roscados no). Las chapas de anclaje contendran una pluralidad de agujeros, al menos uno por extremo roscado y en posicion coincidente con los citados extremos roscados, de forma que a traves de los citados agujeros quedan accesibles los extremos roscados de las armaduras de union,
unos segundos medios de acoplamiento entre los extremos roscados y las barras de refuerzo de las vigas (estos segundos medios de acoplamiento quedan por la parte exterior del marco definido por las chapas de anclaje, permitiendo conectar la parte de los extremos roscados que sobresale por los agujeros de las chapas con los extremos de las barras de refuerzo de las vigas).
El dispositivo de union puede comprender un segundo grupo de armaduras de union dispuestas en un segundo plano y paralelas entre si, siendo el segundo plano paralelo al primer plano. Este segundo grupo de armaduras queda tambien parcialmente embebido en material de relleno (por ejemplo, hormigon, resina o compuesto). Estas armaduras
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pueden estar orientadas en paralelo con las armaduras del primer grupo, por ejemplo, para unir vigas con varias filas de barras de refuerzo o pueden estar dispuestas en una direccion perpendicular al primer grupo de armaduras, cuando se trata de unir vigas dispuestas en angulo recto, por ejemplo, vigas que conforman una esquina de un edificio, o que se cruzan entre si en un pilar intermedio.
Por supuesto, el dispositivo puede incorporar tres o mas grupos de armaduras que conformaran varios planos paralelos de armaduras de union, pudiendo estar orientadas las armaduras de cada plano en la misma direccion o en direcciones perpendiculares entre si.
En una realizacion particular, las armaduras de union estan bifurcadas, comprendiendo dos armaduras y dos extremos roscados, quedando las armaduras paralelas entre si de tal forma que habilitan un espacio de paso para los primeros medios de acoplamiento. Las armaduras bifurcadas se utilizaran dependiendo de la posicion de las barras de refuerzo de las vigas a unir y de la posicion de las barras de refuerzo de los pilares, de forma que en los casos en los que las barras de refuerzo de los pilares se intersecan con las barras de refuerzo de las vigas, se procedera a la bifurcacion de las armaduras de union para dejar espacio para el paso de las barras de refuerzo de los pilares, mientras que cuando no sea necesario se utilizaran armaduras de union sin bifurcar.
La armadura bifurcada se constituye soldando un primer esparrago o segmento de armadura roscado a las dos armaduras por uno de sus extremos, dejando un solape de al menos dos diametros y medio de armadura, de tal manera que estas queden situadas de forma diametralmente opuesta una de otra respecto al esparrago o segmento, realizando la misma operacion con un segundo esparrago o segmento en el otro extremo de las armaduras.
En otra realizacion particular, los primeros medios de acoplamiento para acoplamiento con los pilares son unos tubos configurados para alojar los extremos de las barras de refuerzo de los pilares (los primeros medios de acoplamiento pueden ser simplemente unos medios de paso de las barras de refuerzo de los pilares a traves del dispositivo de union de la invencion, de forma que el extremo de las barras de refuerzo de los mismos quede accesible para su union con la armadura de un pilar contiguo).
En otra realizacion particular, los segundos medios de acoplamiento son unas tuercas configuradas para unir los extremos roscados de las armaduras con unos extremos roscados de las barras de refuerzo de al menos una viga. Estas tuercas quedan por la parte exterior del marco definido por las chapas de anclaje, permitiendo conectar la parte de los extremos roscados que sobresale por los agujeros de las chapas con los extremos de las barras de refuerzo de las vigas.
Es tambien un objetivo de la invencion un metodo de fabrication de un dispositivo de union con junta seca entre vigas y pilares prefabricados de hormigon armado que se caracteriza por que comprende las etapas de:
a) obtener una armadura de union que comprende una armadura y dos extremos roscados (las armaduras de union pueden constituir armaduras en cuyos extremos se sueldan esparragos roscados o pueden ser armaduras que tiene sus extremos roscados),
b) alinear un primer grupo de armaduras de union en un primer plano y en paralelo entre si (las armaduras de union estan orientadas en el primer plano de tal forma que con el dispositivo montado para su uso las armaduras quedan alineadas con las barras de refuerzo de las vigas a unir,
c) incorporar unos primeros medios de acoplamiento para acoplamiento con los pilares entre las armaduras de union y perpendiculares al primer plano (de tal forma que permitan el acoplamiento o paso de las armaduras de un pilar),
d) colocar una pluralidad de chapas de anclaje dispuestas definiendo un marco cerrado en cuyo interior queda dispuesto el primer grupo de armaduras de union,
e) introducir cada extremo roscado de las armaduras de union por unos agujeros de cada chapa de anclaje,
f) rellenar la region interna definida por las chapas de anclaje con un material de relleno estructural (hormigon, resina, compuesto, etc.) de tal forma que las armaduras quedaran completamente embebidas, pero los extremos roscados no,
g) colocar unos segundos medios de acoplamiento para acoplamiento entre los extremos roscados y las barras de refuerzo de las vigas para cerrar los agujeros por donde sobresalen los esparragos (de tal forma que los segundos medios de acoplamiento queden por la parte exterior del marco definido por chapas de anclaje, permitiendo conectar la parte de los extremos roscados que sobresale por los agujeros de las chapas con los extremos de las barras de refuerzo de las vigas).
En una realizacion particular del metodo, las chapas de anclaje se sueldan en su posicion mediante un cordon de soldadura en angulo, soldado por la parte interna de la esquina, dejando un espacio hasta el borde de 10 mm por ambos lados y con una garganta de al menos 5 mm.
En otra realizacion particular adicional, el metodo comprende superponer un segundo grupo de armaduras de union en un segundo plano paralelo al primer plano. Este segundo grupo de armaduras esta dispuesto en una direccion perpendicular al primer grupo de armaduras. Este segundo grupo de armaduras queda tambien parcialmente embebido en el material de relleno estructural. Estas armaduras pueden estar orientadas en paralelo con las
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armaduras del primer grupo, por ejemplo, para unir vigas con varios niveles de armaduras o pueden estar dispuestas en una direction perpendicular al primer grupo de armaduras, cuando se trata de unir vigas dispuestas en angulo recto, por ejemplo vigas que conforman una esquina de un edificio, o que se cruzan entre si en un pilar intermedio.
Por supuesto, el dispositivo puede incorporar tres o mas grupos de armaduras que conformaran varios planos paralelos de armaduras de union, pudiendo estar orientadas las armaduras de cada plano en la misma direccion o en direcciones perpendiculares entre si.
En otra realization, las armaduras de union estan conformadas de forma bifurcada, comprendiendo dos armaduras y dos extremos roscados, quedando las armaduras paralelas entre si de tal forma que habilitan un espacio de paso para los primeros medios de acoplamiento.
En otra realizacion particular adicional, los primeros medios de acoplamiento son unos tubos, mientras que en otra realizacion particular adicional, los segundos medios de acoplamiento son unas tuercas.
Finalmente, es tambien otro objetivo de la invention el uso del dispositivo de union descrito anteriormente con un pilar prefabricado que comprende, al menos, una mensula para el apoyo de al menos una viga y una pluralidad de extremos de las barras de refuerzo verticales del pilar de tal forma que dicho dispositivo de union se coloca sobre los extremos de las barras de refuerzo verticales del pilar, uniendo dichos extremos mediante unos primeros medios de acoplamiento de dicho dispositivo de union, dejando reposar el dispositivo sobre el arranque del pilar, de tal forma que al menos una viga prefabricada se situa sobre al menos una mensula, dejando descansar el peso sobre la misma y aproximandose, enfrentando unos extremos roscados de la armadura de la viga con unos segundos medios de acoplamiento del dispositivo de union, uniendose entre si.
Gracias a la invencion descrita, se obtiene una union que esta fabricada en acero y un material de relleno estructural (hormigon, resina, compuesto, etc.) y que es de uso universal, es decir, que es una solution abierta adaptable a distintas secciones, geometrlas y armados, siendo compatible con una gran variedad de casos. Frente a las soluciones actuales descritas en el estado de la tecnica, esta es de manufactura simple y dispone de una junta seca, es decir, que la union se completa inmediatamente apretando tornillos, sin tiempos de espera para el fraguado de hormigon. Finalmente, cabe indicar que esta pensada para transmitir esfuerzos entre elementos de hormigon prefabricado como si fuera una section de hormigon continua, en la que la union es mas resistente que los propios elementos de prefabricado a unir, considerando la transmision de flexiones y cortantes que en su caso cabrla esperar en zonas con riesgo slsmico, as! como la conexion de armaduras, buscando el trabajo a negativos y el efecto de membrana en caso de fallo.
A lo largo de la description y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras caracterlsticas tecnicas, aditivos, componentes o etapas. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y caracterlsticas de la invencion se desprenderan en parte de la descripcion y en parte de la practica de la invencion. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustracion, y no se pretende que restrinjan la presente invencion. Ademas, la presente invencion cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aqul indicadas.
Breve descripcion de los dibujos
A continuation, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invencion y que se relacionan expresamente con una realizacion de dicha invencion que se presenta como un ejemplo no limitativo de esta.
FlG 1 - Muestra la secuencia de fabrication del dispositivo de union objeto de la invencion.
FlG 2 - Muestra una vista en perspectiva de un pilar de reception de vigas prefabricadas en hormigon.
FlG 3 - Muestra una vista en perspectiva del pilar de la figura 1 con un dispositivo de union de acuerdo con la presente invencion.
FlG 4 - Muestra una vista en perspectiva del pilar y el dispositivo de union tal y como se muestra en la figura 3, observandose ademas dos vigas prefabricadas en hormigon en position de aproximacion.
FlG 5 - Muestra una vista en perspectiva del pilar, las vigas y el dispositivo de union tal y como se han mostrado en la figura 4, en la posicion final de atornillado.
FlG 6 - Muestra una vista en planta de la fase E, del dispositivo de union, objeto de la presente invencion, con armaduras sencillas, incluyendo un detalle de dicha armadura sencilla.
FlG 7 - Muestra una vista en planta de la fase E, del dispositivo de union, objeto de la presente invencion, combinando armaduras bifurcadas y armaduras sencillas.
Descripcion de una realizacion detallada de la invencion
Tal y como se muestra en la figura 1, el dispositivo de union de la presente invencion se fabrica segun la siguiente secuencia. En primer lugar (A), se sueldan a unas armaduras (1) unos esparragos roscados (2), al menos un esparrago roscado (2) por cada lateral de cada armadura (1), conformando una armadura de union (10,10'). En una
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segunda etapa (B), se alinea el primer grupo de armaduras (10) en un mismo plano y en paralelo entre si. En una tercera etapa (C), se superpone un segundo grupo de armaduras orientadas perpendicularmente (10') sobre el primer grupo de armaduras (10). Se podran superponer de este modo, en cada caso, tantos planos como direcciones de vigas y numero de filas de armaduras por direccion haya. En una cuarta etapa (D), y una vez colocadas las armaduras de union (10,10') perpendicularmente, se colocan una pluralidad de chapas de anclaje (20) introduciendo cada esparrago roscado (2) de las armaduras de union (10,10') por los agujeros (21) de cada chapa de anclaje (20) formando un cerco y soldandose las chapas de anclaje (20) en esta posicion mediante un cordon de soldadura en angulo, soldado por la parte interna de la esquina, dejando un espacio hasta el borde de 10 mm por ambos lados y con una garganta de al menos 5 mm. En una quinta etapa (E), se introducen una pluralidad de tubos (30) de plastico o goma entre los espacios de las armaduras de union (10,10') para el paso de unas barras de refuerzo verticales de un pilar. Finalmente, en una sexta etapa (F), se colocan una pluralidad de tuercas (40) para cerrar los agujeros (21) por donde sobresalen los esparragos (2) y se rellena de un material de relleno estructural (hormigon, resina, compuesto, etc.) (50) el espacio interior delimitado por las chapas de anclaje (20), haciendo el propio cerco de encofrado.
Por lo tanto, el dispositivo de union (100) as! obtenido, comprende una pluralidad de armaduras de union (10,10') dispuestas en dos planos perpendiculares entre si, en donde cada una de dichas armaduras de union (10,10') comprende, a su vez, una armadura (1) y un esparrago roscado (2) soldado en cada uno de los extremos de la armadura (1); y en donde dichas armaduras de union (10,10') estan cercadas por una pluralidad de chapas de anclaje (20) dispuestas perimetralmente alrededor del conjunto y con al menos una chapa (20) por lateral que comprenden una pluralidad de agujeros (21), calculando al menos uno por esparrago (2) y en posicion coincidente con los mismos, completandose el conjunto con una pluralidad de tuercas (40), calculando al menos una por esparrago (2). Ademas, el dispositivo de union comprende una pluralidad de tubos (30) dispuestos verticalmente entre las armaduras de union (10,10') reforzandose el conjunto mediante el hormigonado (50) de la region interna definida por el cerco de chapas de anclaje (20).
Los tubos (30) configuran en esta realizacion unos primeros medios de acoplamiento con los pilares (200), mientras que las tuercas (40), en esta realizacion particular, son unos segundos medios de acoplamiento con las vigas (300). No obstante, otros medios de acoplamiento que no sean los referidos tubos y tuercas pueden ser validos con tal de que esten configurados para desarrollar su funcion de acoplamiento.
Por otro lado, las armaduras de union (10,10') pueden ser armaduras bifurcadas en funcion de las condiciones del diseno (como en el ejemplo mostrado en la figura 1) o bien sencillas, como en el ejemplo mostrado en la figura 6, o bien combinando ambos tipos de armaduras, como en la figura 7.
As! pues, el dispositivo de union mostrado en la figura 2 se fabrica con una gran sencillez, como muestra la figura 1, con componentes comunes y baratos, repetidos varias veces por simetrla. La geometrla de la union se define mediante las siguientes variables externas empleadas como condiciones de contorno en el diseno.
Variables externas generales
r Recubrimiento geometrico de la armadura, con r>10 mm Variables externas relacionadas con el pilar
Lx Longitud del lado en la direccion x, con Lx >200 mm.
Ly Longitud del lado en la direccion y, con Ly >200 mm.
Ox Diametro de la barra de refuerzo de flexion para la flexion Mx, con 0X E [10,40] mm.
npx Numero de barras de refuerzo redondas en la direccion x, con np,x E [3,5],
Oy Diametro de la barra de refuerzo de flexion para la flexion My, con 0y E [10,40] mm.
np,y Numero de barras de refuerzo redondas en la direccion y, con ny E [3,5],
Tipo Tipo de pilar en planta: esquina, borde, interior
Variables externas relacionadas con las vigas
Bx Ancho de la viga en la direccion alineada con x, con Bx E.
Ov,x Diametro de la barra de refuerzo de la viga alineada con x.
nv,x Numero de barras de refuerzo redondas de la viga alineada con x.
fv,x Numero de filas de barras de refuerzo redondas de la viga alineada con x.
sfv,x Separacion entre filas de barras de refuerzo redondas de la viga alineada con x.
By Ancho de la viga en la direccion alineada con y.
Ov,y Diametro de las barras de refuerzo en la viga alineada con la direccion y.
nv,y Numero de barras de refuerzo redondas de la viga alineada con y.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
fv,y Numero de filas de barras de refuerzo redondas de la viga alineada con y.
sfv,x Separacion entre filas de barras de refuerzo redondas de la viga alineada con y.
Sobre la base de las variables generales, asociadas a los pilares y a las vigas, hay tres componentes fundamentales que se unen formando la union: las armaduras (1), las chapas (20) y en su caso los esparragos (2). Las armaduras (1) y los esparragos (2) se unen en un componente, las armaduras de union (10,10'), que podran ser bifurcadas o no; en este ultimo caso no serlan imprescindibles los esparragos puesto que bastarla con una armadura cuyos dos extremos esten mecanizados formando una rosca.
Condiciones de diseno de las armaduras de union (10,10’) continuas, segun la figura 6
Las armaduras de union continuas se componen bien de un tramo de armadura cuyos extremos han sido mecanizados realizando una rosca, o bien de un tramo de armadura en cuyos extremos se sueldan sendos esparragos, alineados en la misma direccion, con las roscas hacia afuera. Los condicionantes geometricos son el diametro y acero de la armadura de la viga incidente, Ov, el lado del pilar en esta direccion, L, y el espesor de las chapas de anclaje, t.
La armadura de union continua tendra al menos la misma resistencia que la armadura de la viga incidente. Bastara para garantizar esto con que el acero y diametro, O, de la armadura de union continua sean iguales a los de la viga incidente, Ov, pudiendo ser el diametro mayor, o incluso menor si el acero fuera mas resistente.
Los esparragos soldados tendran mayor resistencia que la del tramo de armadura, garantizando que la rotura no se producira en ningun caso en el propio esparrago. Para ello su metrica, Met, y los valores nominales mlnimos del acero, expresados en funcion de su llmite elastico, fyb, y resistencia ultima, fub, seran seleccionados para cumplir dicha condicion minima.
La soldadura de los esparragos a los extremos del tramo de armadura se realizara garantizando la transmision total de esfuerzos entre el esparrago y el tramo de armadura, garantizando que el tramo de armadura fallara antes que la soldadura. En una realizacion particular, para garantizar esto, se uniran mediante soldadura a tope.
La longitud total de la armadura de union, formada por el tramo de armadura con dos extremos roscados o el tramo de armadura con dos esparragos soldados, sera suficiente para superar el lado del pilar en la direccion correspondiente, L, dos veces el espesor de las chapas, t, y dos veces la longitud necesaria para roscar una tuerca que transmita todo el esfuerzo.
En el caso particular de armaduras con llmite elastico nominal fsk de 500 MPa o menos, las caracterlsticas mlnimas de los esparragos, armaduras y cordones de soldadura seran las mostradas en la siguiente tabla:
Ov
Met fyb fub O
[mml
[mml
[MPal [MPal
[mml
12
12
640 800
12
16
16
640 800
16
20
20
640 800
20
25
24 900 1000
25
32
33 640 800
32
Condiciones de diseno de las armaduras de union (10,10’) bifurcadas, segun la figura 1
En aquellos casos en los que, por el numero de barras de refuerzo redondas del pilar en cualquiera de sus direcciones, las armaduras se intersequen en el espacio con las armaduras de las vigas, se propone la bifurcacion de estas, dejando el espacio de paso suficiente para las armaduras verticales.
Hay pues dos condicionantes geometricos para la bifurcacion de las armaduras. Por un lado, el diametro de la armadura horizontal equivalente Oeq que condicionara el tamano mlnimo del perno y por tanto su metrica Met y la calidad minima del acero, asi como el diametro de las dos armaduras de la bifurcacion Obif y la geometria minima del cordon de soldadura con su Longitud Lcor, garganta a y ancho w, en funcion de su resistencia. Por otro lado, el diametro de la armadura vertical, segun el caso Ox o Oy, que puede producir que la metrica del esparrago varie para ajustarse al diametro de la armadura pasante.
El valor de S es la separacion entre las armaduras y el esparrago al soldarlos para formar la bifurcacion. 1-2 mm es lo habitual; estos no se sueldan al prensarse.
En la tabla 1 siguiente se muestran, para el caso particular de armaduras cuya tension de llmite elastico nominal fsk sea 500 MPa o menor, algunas condiciones mlnimas en funcion del diametro de la armadura horizontal equivalente. Los valores de las variables expresadas en la tabla son los mlnimos, pudiendo utilizarse a discretion otros mayores.
5
10
15
20
25
30
35
40
En la tabla 1 siguiente se muestra la geometrla minima del esparrago, Met, las caracteristicas del acero del esparrago, expresadas en valores nominales minimos del limite elastico, fyb, y resistencia ultima, fub, diametro minimo de las armaduras bifurcadas, Obit, y definition de los cordones minimos de soldadura en arco manual del esparrago y la armadura bifurcada, con su Longitud Lcor, garganta a, ancho w y separation s.
Oeq
Met f yb fub Obif Lcor w A w
[mm]
[mm]
[MPa] [MPa]
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
12
12
640 800 10 25 7,5 3 1-2
16
16
640 800 12 30 10 4 1-2
20
20
640 800 16 40 12,5 5 1-2
25
24 900 1000 20 50 15 6 1-2
32
33 640 800 25 62,5 20 7,5 1-2
Considerando que la entrada Oeq de la tabla 1 sera, segun el caso, Oeq,x en la direction x, de acuerdo a la ecuacion (1), y Oeqy en la direccion y, de acuerdo a la ecuacion (2), mostradas ambas a continuation:
Oeq,x =Oy,x(1)
Oeq,y Ov,y (2)
Asi mismo, tal como se comentaba, habra que garantizar el paso de las armaduras verticales por lo que, una vez mas, segun el caso
imagen1
Basicamente, esta inecuacion implica que el hueco entre armaduras de la bifurcation, que es la suma de la metrica del esparrago, dos veces la separacion entre esparrago y armadura y dos veces el espesor del tubo, sea mayor que el diametro de la armadura vertical correspondiente.
Asi, la metrica del esparrago en la direccion x, Metx, vendra condicionada tambien por la inecuacion (4) y en la direccion y, Mety, vendra condicionada por la inecuacion (5), siendo la metrica adecuada la minima para cumplir simultaneamente las condiciones de la tabla que son condiciones estructurales y de las inecuaciones (4) y (5) que son condiciones de tipo geometrico:
Metx >0x-2 s-2 et(4) Mety>0y-2 s-2 et (5)
La longitud de la vara del esparrago Lc, es decir, la parte no roscada de la longitud total, sera al menos igual a la suma del espesor de la chapa de anclaje t y la longitud del cordon de soldadura Lcor, tal como se expresa en la siguiente inecuacion (6):
Lc ^ Lcor +t (6)
La longitud de la parte roscada Lros sera mayor o igual a dos veces la altura de la tuerca normalizada correspondiente a tornillos de alta resistencia de la metrica del esparrago, por lo tanto sera mayor o igual que la longitud expresada en la Tabla 2.
La Tabla 2 muestra longitudes roscadas Lros minimas en funcion de la metrica del esparrago.
Met
Lros
[mm]
[mm]
10
16
12
20
16
26
20
32
22
36
24
38
27
44
30
48
33
52
36
58
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
La longitud de las armaduras bifurcadas Lbif en cada una de las direcciones x e y, dependera del lado del pilar correspondiente, Lx o Ly segun el caso, del recubrimiento, r, o del hormigon, de las longitudes del cordon de soldadura Lc obtenidas segun la tabla 1 en la direccion correspondiente, as! como del espesor del tubo escogido et.
Lbif,x _ Lx - 2 r+2 Lcor +2-et (7)
Lbif,y _ Ly - 2 r+2 Lcor +2 et (8)
Condiciones de diseno de las chapas de anclaje (20)
En todo caso, las chapas de anclaje se ejecutaran en acero cuya resistencia de llmite elastico nominal sea al menos de 275 MPa o mayor. Las chapas de anclaje en la direccion x tendran un espesor tx, una longitud Lca,x y un canto hx. Estas tendran nv,x agujeros circulares de diametro d0,x pasantes por todo el espesor, situados en una misma fila. Las distancias entre filas de un mismo lado seran iguales a las separaciones de las armaduras incidentes, sfv,x y sfvy, segun el caso del lateral, y habra tantas filas como filas de armaduras haya, fv,x y fv,y, segun el caso del lateral, con unas distancias de las filas extremas a los bordes del canto elx y er,x y unas distancias de los agujeros extremos de cada fila a los bordes del lado largo etx y ebx, manteniendo la equidistancia entre los agujeros de una misma fila igual a px. Las dimensiones mlnimas as! definidas guardaran las relaciones entre si y con el resto de elementos de la union expresadas en las siguientes ecuaciones (9) y (15).
tx >0,40v,y(9)
hx > et,x + et,y +
imagen2
+
imagen3
(10)
Lca,x Lbif,x +ty (11)
dg,x = Ov,y + 2 mm (12)
px =
imagen4
(13)
ed,x = ei,x + ty (14) eb,x = hx - et,x (15)
Por su parte, los valores mlnimos de ei,x (distancia desde el borde izquierdo) y et,x distancia al borde superior) se pueden obtener de la siguiente Tabla 3:
Met
ei,x et,x
[mm]
[mm]
[mm]
10
15 15
12
20 20
16
25 25
20
30 30
22
30 30
24
35 35
27
40 40
30
40 40
33
45 45
36
50 50
En la direccion y se aplicarlan las mismas ecuaciones (9) a (15) junto con la tabla 3 anterior, pero intercambiando la x por la y y viceversa.
A modo de ejemplo se presenta un dispositivo de union (100) realizado sobre la base de las especificaciones realizadas con anterioridad para el caso de un pilar de 30x30 cm, con todas las armaduras de 0=25 mm y 3 barras de refuerzo redondas en cada direccion.
Para la colocacion del dispositivo de union (100) objeto de la invencion, inicialmente se tiene un tramo de pilar prefabricado (200) como el presentado en la figura 2. Se trata de un diseno clasico de pilar, con dos mensulas (201,202) para el apoyo de las vigas (300) y los extremos de las armaduras (203) de la armadura vertical del pilar.
En primer lugar, se procede a colocar el dispositivo de union (100) sobre los extremos (203) de las barras de refuerzo verticales del pilar (200) haciendo pasar dichos extremos (203) por los huecos de los tubos (30), dejando reposar el
dispositivo (100) sobre el arranque del pilar (200), tal como se muestra en la figura 3.
Posteriormente, las vigas prefabricadas (300) se situan sobre las mensulas (201,202) dejando descansar el peso sobre las mismas y se aproximan, dejando un espacio (d) para operar, tal como se muestra en la figura 4.
5
Finalmente, las vigas (300) se acercan al dispositivo de union (100), enfrentando los extremos roscados (301) de las vigas (300) con las tuercas (40) del dispositivo de union (100), desenroscandose de un lado para enroscarse en el otro, completando la union tal como muestra la figura 5. Si el pilar (200) es de borde o esquina, se deja por el otro lado una tuerca comercial de valona con faldon y una arandela para repartir la carga de tal forma que la armadura quede 10 anclada, aunque el cerco formado por el esparrago y la armadura bifurcada que envuelva a la armadura vertical y la adherencia entre la armadura y el material de relleno estructural (hormigon, resina, compuesto, etc.) tambien colaboraran.

Claims (14)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. Un dispositivo de union con junta seca (100) para unir vigas (300) y pilares (200) prefabricados de hormigon armado, caracterizado por que comprende:
    un primer grupo de armaduras de union (10') dispuestas en un primer plano y paralelas entre si, comprendiendo cada una de dichas armaduras de union (10) al menos una armadura (1) y dos extremos roscados (2) ; unos primeros medios de acoplamiento (30) para acoplar a los pilares (200) dispuestos entre las armaduras de union (10) y perpendiculares al primer plano definido por las armaduras de union (10) ;
    una pluralidad de chapas de anclaje (20) dispuestas definiendo un marco cerrado en cuyo interior quedan dispuestas las armaduras de union (10) y en donde la region interna definida por las chapas de anclaje (20) esta rellena de un material de relleno estructural (50), de forma que las armaduras de union (10) y los primeros medios de acoplamiento (30) quedan parcialmente embebidos dentro del material de relleno estructural, comprendiendo dichas chapas de anclaje (20) una pluralidad de agujeros (21), al menos uno por extremo roscado (2) y en posicion coincidente con los citados extremos roscados (2), de forma que a traves de los citados agujeros (21) quedan accesibles los extremos roscados (2) de las armaduras de union (10);
    unos segundos medios de acoplamiento (40) entre los extremos roscados (2) y las barras de refuerzo de las vigas (300).
  2. 2. Dispositivo de union (100) segun la reivindicacion 1, que comprende un segundo grupo de armaduras de union (10') dispuestas en un segundo plano y paralelas entre si, siendo el segundo plano paralelo al primer plano.
  3. 3. Dispositivo de union (100) segun las reivindicaciones 1 o 2 en donde el segundo grupo de armaduras de union (10') esta dispuesto en una direccion perpendicular al primer grupo de armaduras (10).
  4. 4. Dispositivo de union segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde las armaduras de union (10,10') estan bifurcadas, comprendiendo dos armaduras (1) y dos extremos roscados (2), quedando las armaduras (1) paralelas entre si de tal forma que habilitan un espacio de paso para los primeros medios de acoplamiento (30).
  5. 5. Dispositivo de union (100) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde los primeros medios de acoplamiento (30) para acoplar a los pilares (200) son unos tubos configurados para alojar los extremos (203) de las barras de refuerzo de los pilares (200).
  6. 6. El dispositivo de union (100) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde los segundos medios de acoplamiento (40) son unas tuercas (40) configuradas para unir los extremos roscados (2) de las armaduras (10, 10') a unos extremos roscados (301) de las barras de refuerzo de al menos una viga (300).
  7. 7. Un metodo de fabrication de un dispositivo de union con junta seca (100) para unir vigas (300) y pilares (200) prefabricados de hormigon armado , caracterizado por que comprende las etapas de:
    h) obtener una armadura de union (10) que comprende una armadura (1) y dos extremos roscados (2),
    i) alinear un primer grupo de armaduras de union (10) en un unico plano y en paralelo entre si,
    j) incorporar unos primeros medios de acoplamiento (30) para acoplar a los pilares (200) entre las armaduras de union (10) y perpendiculares al primer plano,
    k) colocar una pluralidad de chapas de anclaje (20) dispuestas definiendo un marco cerrado en cuyo interior queda dispuesto el primer grupo de armaduras de union (10),
    l) introducir cada extremo roscado (2) de las armaduras de union (10) por unos agujeros (21) de cada chapa de anclaje (20),
    m) rellenar la region interna definida por las chapas de anclaje (20) con un material de relleno estructural (50),
    n) colocar unos segundos medios de acoplamiento (40) entre los extremos roscados (2) y las barras de refuerzo de las vigas (300) para cerrar los agujeros (21) por donde sobresalen los esparragos (2).
  8. 8. Metodo de fabricacion segun la reivindicacion 7, en donde las chapas de anclaje (20) se sueldan en su posicion mediante un cordon de soldadura en angulo, soldado por la parte interna de la esquina, dejando un espacio desde el borde de 10 mm por ambos lados y con una garganta de al menos 5 mm
  9. 9. Metodo de fabricacion segun cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, que comprende superponer un segundo grupo de armaduras de union (10') a un segundo plano paralelo al primer plano.
  10. 10. Metodo de fabricacion segun cualquiera de las reivindicaciones 7 o 9, en donde el segundo grupo de armaduras (10') esta dispuesto en una direccion perpendicular al primer grupo de armaduras (10).
  11. 11. Metodo de fabricacion segun las reivindicaciones 7 a 10, en donde las armaduras de union (10,10') estan conformadas de forma bifurcada, comprendiendo dos armaduras (1) y dos extremos roscados (2), quedando las armaduras paralelas entre si de tal forma que habilitan un espacio de paso para los primeros medios de acoplamiento (30).
  12. 12. Metodo de fabricacion segun cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en donde los primeros medios de acoplamiento (30) son unos tubos.
  13. 13. Metodo de fabricacion segun cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, en donde los segundos medios de 5 acoplamiento (40) son unas tuercas.
  14. 14. Un uso del dispositivo de union (100) segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 con un pilar prefabricado (200) que comprende, al menos, una mensula (201,202) para el apoyo de al menos una viga (300) y una pluralidad de extremos (203) de las barras de refuerzo verticales del pilar (200) de tal forma que dicho dispositivo de union (100) se
    10 coloca sobre los extremos (203) de la barra de refuerzo vertical del pilar (200), uniendo dichos extremos (203) mediante unos primeros medios de acoplamiento (30) de dicho dispositivo de union (100), dejando reposar el dispositivo (100) sobre el arranque del pilar (200), de tal forma que al menos una viga prefabricada (300) se situa sobre al menos una mensula (201,202) dejando descansar el peso sobre la misma y se aproxima, enfrentando unos extremos roscados (301) de la barra de refuerzo de la viga (300) con unos segundos medios de acoplamiento (40) del 15 dispositivo de union (100), uniendose entre si.
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