ES2636985T3 - Elemento de conexión - Google Patents

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Jann STOFF
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Abstract

Elemento de conexión (1) para la introducción de fuerzas transversales, en particular en estructuras de entramado, en forma de un manguito (1) que se puede aplicar en torno a un elemento alargado, con al menos un componente de introducción de fuerzas (2) preferiblemente metálico, dispuesto en el contorno del manguito, en el que el componente de introducción de fuerzas (2) presenta un sector elevado (3) con al menos un lugar de conexión (4) para la conexión a otros elementos y un sector plano (5, 6) que es adyacente al sector elevado en la dirección longitudinal del manguito y/o en la dirección periférica del manguito, caracterizado por que el manguito está formado esencialmente por una primera capa (7) de material compuesto de fibras y una segunda capa (8, 9) de material compuesto de fibras, que recubre conjuntamente al menos una parte del componente de introducción de fuerzas (2) y la primera capa de material compuesto de fibras (7), y por tanto une el componente de introducción de fuerzas (2) a la primera capa (7).

Description

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DESCRIPCION
Elemento de conexion
La presente invencion se refiere a un elemento de conexion para la introduccion de fuerzas transversales. En particular, la invencion se refiere a un elemento de conexion para su uso en estructuras de entramado en la construccion con materiales ligeros.
Existen numerosas publicaciones sobre elementos de conexion para estructuras de entramado, en lo sucesivo tambien denominados "nudos de entramados”. En ellos, las correas principales (que se suceden esencialmente paralelas entre sf) estan dotadas de elementos de conexion que pueden ser conectados a tirantes transversales, que a su vez son conectados a la siguiente correa principal.
La mayona de estas publicaciones se refiere a nudos que interrumpen las correas principales, veanse por ejemplo los nudos de conexion que ofrece la empresa Mero. Sin embargo, de esta forma se introducen momentos de flexion adicionales en la estructura, que debilitan la estructura completa.
Por la pagina web de la empresa. CST Composite (
http://www.cstcomposites.com/markets/aerospace-defence, consultada el 16-9-2014) es conocido un elemento de conexion en forma de un manguito cilmdrico. El manguito esta colocado sobre la correa principal sin que esta sea interrumpida. El manguito tiene en su contorno un elemento de introduccion de fuerzas mediante el cual puede ser unidos tirantes transversales a la correa principal. Tanto el manguito como el elemento de introduccion de fuerzas de este estado de la tecnica estan hechos de metal. Otro elemento de conexion con un manguito cilmdrico es conocido por el documento US 2010/0005752 A1.
El uso de elementos de nudo metalicos en las estructuras de entramados en la construccion con materiales ligeros tiene los inconvenientes de la introduccion de peso adicional, de una resistencia a la corrosion limitada segun el tipo de metal, asf como de una dilatacion termica diferente en particular para plasticos reforzados con fibras.
La invencion tiene por objeto proporcionar un elemento de conexion para la introduccion de fuerzas transversales, que igualmente tampoco provoque una interrupcion de las correas principales para la introduccion de fuerzas transversales y en el que el uso de metal se limite al mmimo.
Este objeto se consigue mediante un elemento de conexion para la introduccion de fuerzas transversales, en particular en estructuras de entramado, en forma de un manguito que se puede aplicar en torno a un elemento alargado, con al menos un componente de introduccion de fuerzas preferiblemente metalico dispuesto en el contorno del manguito, en el que el componente de introduccion de fuerzas presenta un sector elevado con al menos un lugar de conexion para la conexion a otros elementos y un sector plano adyacente al sector elevado en la direccion longitudinal del manguito y/o en la direccion periferica del manguito, y que se caracteriza porque el manguito consiste esencialmente en una primera capa de material compuesto de fibras y una segunda capa de material compuesto de fibras, que recubre conjuntamente al menos una parte del componente de introduccion de fuerzas y de la primera capa de material compuesto de fibras, y de esta manera une el componente de introduccion de fuerzas a la primera capa.
Formas de realizacion preferidas de la presente invencion se exponen en las reivindicaciones subordinadas.
Breve descripcion de las figuras
La Fig. 1 muestra una seccion transversal a traves de una forma de realizacion del elemento de conexion segun la invencion en la direccion longitudinal del elemento.
La Fig. 2 muestra una seccion transversal en la direccion transversal del elemento.
La Fig. 3 muestra una vista en planta de un elemento de conexion segun la invencion.
La Fig. 4 muestra una seccion transversal (en la direccion transversal) de otra forma de realizacion del elemento de conexion segun la invencion.
Las figuras 5 y 6 muestran una forma de realizacion de un elemento de conexion formado por dos partes.
La Fig. 7 muestra una vista en planta de otra forma de realizacion de un elemento de conexion formado por dos partes.
Descripcion detallada de la invencion
Segun la presente invencion se proporciona un elemento de conexion en forma de un manguito, el cual esta formado esencialmente por una primera capa de material compuesto de fibras y una segunda capa de material compuesto de fibras, que recubre conjuntamente al menos una parte del componente de introduccion de fuerzas y de la primera capa de material compuesto de fibras, y por tanto une el componente de introduccion de fuerzas a la primera capa.
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El termino "constituido esencialmente" significa aqu que la forma del manguito y su conexion con el elemento de introduccion de fuerzas estan definidas esencialmente por las dos capas de material compuesto de fibras. La presencia de otros componentes, como se describe por ejemplo a continuacion, no esta excluida por este termino.
Por tanto, el manguito segun la invencion, a excepcion del componente de introduccion de fuerzas eventualmente metalico, se compone en su mayor parte de material compuesto de fibras y, por tanto, es particularmente muy adecuado para estructuras de construccion ligera. Por la estructura segun la invencion con dos capas de material compuesto de fibras, de modo que la segunda capa se une a la primera capa por recubrimiento del componente de introduccion de fuerzas, esta garantizada una estructura estable que satisface los requisitos respectivos.
El componente de introduccion de fuerzas se compone de un sector elevado y al menos un sector plano adyacente al sector elevado. El sector plano puede ser adyacente al sector elevado en la direccion longitudinal y/o en la direccion periferica del manguito. Eventualmente, el sector plano puede rodear a todo el sector elevado. Preferiblemente estan previstos al menos dos sectores planos que son adyacentes al sector elevado, respectivamente en dos lados opuestos, de forma especialmente preferida, respectivamente, en la direccion longitudinal del manguito. En lo que sigue la expresion “sector plano” en singular comprende tambien varios sectores planos.
Preferiblemente, la segunda capa de material compuesto de fibras une el componente de introduccion de fuerzas a la primera capa de material compuesto de fibras, al menos en una zona parcial del sector plano.
De forma particularmente preferida, la segunda capa de material compuesto de fibras recubre al componente de introduccion de fuerzas en su totalidad. Del mismo modo, toda la primera capa expuesta puede estar recubierta en su totalidad.
En otra forma de realizacion preferida, el elemento de conexion segun la invencion presenta salientes en forma de pasador al menos en una parte de cada zona que esta unida a la primera capa de material compuesto de fibras por medio de la segunda capa de material compuesto de fibras, de modo que los salientes en forma de pasador sobresalen al menos en una capa del material compuesto de fibras.
Por el documento WO 2009/003207 es conocido un elemento de introduccion de fuerzas que esta recubierto con un material compuesto de fibras y en el que en al menos un sector de su superficie exterior que da al material compuesto de fibras estan previstos salientes en particular con forma de pasador, que penetran en el material compuesto de fibras, al menos parcialmente.
Un principio similar se emplea en la forma de realizacion preferida de la presente invencion para mejorar la union del componente de introduccion de fuerzas con el material compuesto de fibras de la primera y/o la segunda capa. La geometna de los salientes, asf como la densidad de la disposicion de los salientes puede ser seleccionada en este caso por el experto en funcion de la carga esperada del elemento de conexion. En cuanto a detalles sobre posibles disposiciones de los salientes y su fabricacion se hace referencia a la teona del documento WO 2009/003207.
Los salientes en forma de pasador pueden sobresalir por el componente de introduccion de fuerzas hacia fuera en la segunda capa de material compuesto de fibras o hacia dentro en la primera capa de material compuesto de fibras. De forma particularmente preferida los salientes sobresalen en las dos capas.
En particular, los salientes en forma de pasador pueden estar previstos por lo menos en una zona del sector plano del componente de introduccion de fuerzas y sobresalir en la cara superior del sector plano en la segunda capa del material compuesto de fibras, asf como en la cara inferior del sector plano en la primera capa de material compuesto de fibras.
El sector elevado del componente de introduccion de fuerzas puede preferiblemente estar configurado con forma esencialmente trapezoidal. Con el sector elevado con forma trapezoidal lindan preferiblemente en la direccion longitudinal del manguito dos sectores planos. Resulta asf en este caso una forma esencialmente de sombrero del componente de introduccion de fuerzas con un sector elevado de tipo aleta.
El componente de introduccion de fuerzas presenta al menos un lugar de conexion, por ejemplo una perforacion, para la conexion con otros elementos. Preferiblemente estan previstos varios lugares de conexion.
Mas preferiblemente, dependiendo del tipo de estructura de entramado y del numero de tirantes transversales pueden estar previstos en el contorno del manguito varios componentes de introduccion de fuerzas, por ejemplo cuatro componentes con un angulo de 0°, 90°, 180° y 270°.
Los extremos salientes del sector plano del componente de introduccion de fuerzas pueden estar configurados preferiblemente en forma trapezoidal o forma de cuna, a fin de evitar acumulaciones de resina durante la impregnacion con resina del producto semielaborado de las dos capas de material de fibras.
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El material de fibras de la primera capa del material compuesto de fibras esta presente preferiblemente en forma de capas de trenzado de fibras triaxial, que estan apiladas una sobre otra. Una capa consta en este caso de tres sistemas de fibras con orientaciones respectivamente diferentes, que estan entrelazados entre sr
Preferiblemente, las capas de trenzado de fibras triaxial contienen cada una fibras con un angulo de trenzado de esencialmente 0° con respecto a la direccion longitudinal del manguito, asf como fibras con un angulo de trenzado de 25° a 85° con respecto a la direccion longitudinal del manguito. Las fibras con un angulo de trenzado de sustancialmente 0° con respecto al eje longitudinal del manguito puede captar altas fuerzas de flexion con respecto al eje longitudinal del elemento de introduccion de fuerzas. Ademas estan previstos otros dos sistemas de fibras con fibras trenzadas con un angulo de trenzado de, respectivamente, entre 25°-85° con respecto a la direccion longitudinal del manguito, tendiendo a ser mas favorables angulos de trenzado altos para proteger el elemento de introduccion de fuerzas frente a abolladuras debidas a altas fuerzas de compresion local por la introduccion de fuerzas transversales. Ademas, es conocido por publicaciones relativas a las estructuras de trenzados triaxiales que tales arquitecturas de fibras presentan tolerancias a los danos particularmente altas. Esto tambien contribuye a la capacidad de carga del elemento de introduccion de fuerzas.
El material de fibras de la segunda capa de material compuesto de fibras se compone preferiblemente de enrollamientos cruzados parciales o capas de trenzado.
El angulo de las fibras de las capas de enrollamiento o de las capas de trenzado es preferiblemente de 45° a 89°. Angulos de fibra altos en la segunda capa del material compuesto de fibras son favorables para incrustar con seguridad el elemento de introduccion de fuerzas que se encuentra entre la primera y la segunda capa de material compuesto de fibras, en caso de altas fuerzas de traccion por la introduccion de fuerzas transversales. Esto se puede realizar facilmente por enrollamientos cruzados parciales (> 85 ° con Braider-Winder) o capas de trenzado con angulos de fibra correspondientemente altos.
Los materiales de fibra que se van a emplear para la fabricacion de las dos capas de material compuesto de fibras, asf como las resinas pueden ser seleccionados por el experto de entre los materiales habituales para este ambito de aplicacion. Como ejemplos de fibras se pueden mencionar: fibras de carbono, fibras de vidrio, fibras de aramida, fibras de basalto; como resinas se pueden citar resinas reactivas duroplasticas, tales como resinas epoxi.
En otra forma de realizacion preferida, al menos en una parte de la zona del manguito, en la que no esta previsto ningun elemento de introduccion de fuerzas, esta prevista una capa de compensacion entre la primera capa y la segunda capa del material compuesto.
Con ello puede ser compensada en particular la diferencia de alturas entre el sector plano del componente de introduccion de fuerzas y la primera capa del material compuesto de fibras y por tanto evitarse picos de tension locales en la segunda capa de material compuesto de fibras. Por tanto, preferiblemente, el espesor de la capa de compensacion corresponde a la altura del sector plano.
En el caso de varios componentes de introduccion de fuerzas dispuestos en la periferia del manguito, la capa de compensacion puede ser colocada preferiblemente en la direccion periferica entre los componentes de introduccion de fuerzas sobre la primera capa.
El material de la capa de compensacion puede ser elegido de materiales de sandwich convencionales, por ejemplo, materiales de espuma de la empresa 3D-Core.
Preferiblemente, el manguito tiene una forma de seccion transversal sustancialmente cilmdrica. Sin embargo, en funcion de la seccion transversal de las correas principales a ser recubiertas, son concebibles tambien otras formas de seccion transversal, como por ejemplo cuadrada o rectangular.
Para la fijacion del manguito segun la invencion a la correa principal este puede simplemente ser deslizado sobre la correa y allf fijado y tensado de una manera adecuada, por ejemplo por medio de cunas para evitar la aparicion de momentos de flexion.
En otra forma de realizacion preferida el manguito se compone de al menos dos partes que pueden ser unidas entre sf con union positiva de fuerza. Esta forma de realizacion es particularmente ventajosa si la correa principal tiene diametros que vanan, por ejemplo ensanchamientos, y un simple deslizamiento sobre la correa sena diffcil.
En otra forma de realizacion ventajosa el manguito esta preferiblemente dividido en el plano de al menos uno de los elementos de introduccion de fuerzas. Se puede entonces colocar el manguito dividido alrededor de la correa principal y unir entre sf las partes en la zona de los sectores elevados del o de los elementos de introduccion de fuerzas, por ejemplo mediante tornillos. Adicional o alternativamente a ello, las partes pueden ser conectadas en la zona del sector plano, o tambien en otros lugares del manguito a traves de toda la periferia, por ejemplo con anillos de sujecion. Estos anillos de sujecion asumen entonces esencialmente la funcion de la segunda capa de material compuesto de fibras, ya que la funcion de soporte de carga de esta capa ya no se tiene por la division del manguito.
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En este caso los sectores pianos del elemento de introduccion de fuerzas tambien pueden ser disenados de tal manera que estos, conducidos por ambos lados fuera del plano de division del manguito, sobresalgan por ejemplo con forma de arana en las zonas que se encuentran entre los elementos de introduccion de fuerzas, empotrados entre la primera y la segunda capa de material compuesto de fibras.
Para la fabricacion del elemento de conexion segun la invencion se aplica un procedimiento que comprende las etapas de:
- fabricacion de una primera capa de material de fibras en forma de un manguito sobre un nucleo
- aplicacion de al menos un elemento de introduccion de fuerzas en el contorno de la primera capa
- recubrimiento de al menos una parte del elemento de introduccion de fuerzas y de la primera capa con otra capa de material de fibras
- impregnacion de la estructura resultante con resina
- curado
- desmoldeo del nucleo
El nucleo esta formado de manera conocida en sf de un material estable y tiene una forma proxima a la forma final del manguito.
En la forma de realizacion preferida del elemento de conexion con una capa de compensacion, el material de la capa de compensacion (por ejemplo, un material de sandwich) despues de la aplicacion del o de los elementos de introduccion de fuerzas en las zonas en las que no esta dispuesto ningun elemento de introduccion de fuerzas, es aplicado sobre la primera capa de material de fibras. El curado de la estructura tubrida de material compuesto-metal- material compuesto puede ser realizado ventajosamente en una herramienta RTM adecuada o en caso de numeros de piezas pequenos tambien por un proceso de infusion al vado.
Formas de realizacion preferidas de la presente invencion se explicaran en mas detalle a continuacion con referencia a las figuras.
La figura 1 muestra una seccion transversal a traves del elemento de conexion 1 segun la invencion en la direccion longitudinal del elemento, la figura 2 muestra una seccion transversal en la direccion transversal del elemento.
El manguito 1 del elemento de conexion se compone en primer lugar de una primera capa 7 de material compuesto de fibras, cuya geometna esta adaptada a la de una correa principal a ser recubierta (no representada) y en el contorno es ligeramente mayor que la de la correa principal, para permitir un deslizamiento sobre la correa principal. La forma de realizacion descrita aqu muestra un manguito cilmdrico. Sobre la primera capa 7 esta colocado al menos un elemento de introduccion de fuerzas 2. En la forma de realizacion representada en la figura 1 y la figura 2, cuatro elementos de introduccion de fuerzas estan dispuestos uniformemente (es decir, a distancia de 90°) en la direccion periferica.
El elemento de introduccion de fuerzas 2 presenta un sector elevado 3, asf como dos sectores planos 5 y 6 adyacentes al sector elevado 3 en la direccion longitudinal del manguito. En la forma de realizacion mostrada en el sector elevado esta previsto al menos un lugar de conexion 4 en forma de una o varias perforaciones.
En la forma de realizacion mostrada, la primera capa 7 y el elemento de introduccion de fuerzas 2 estan recubiertos en la zona de los sectores planos 5, 6 por una segunda capa 8, 9 de material compuesto de fibras y por tanto unidos entre sf.
Para mejorar la conexion de la primera capa 7, el elemento de introduccion de fuerzas 2 y la segunda capa 8, 9, en la zona de los sectores planos 5, 6 estan previstos salientes 10 que en la forma de realizacion representada del elemento de introduccion de fuerzas 2 sobresalen tanto en la primera capa 7 como en la segunda capa 8, 9.
La figura 3 muestra una vista en planta del elemento de conexion terminado. En la forma de realizacion representada, la segunda capa 8, 9 recubre al elemento de introduccion de fuerzas 2 y a la primera capa 7 unicamente en la zona de los sectores planos del elemento de introduccion de fuerzas 2. Sin embargo, tambien es posible un recubrimiento completo de todo el elemento de introduccion de fuerzas 2, asf como de toda la primera capa 7 expuesta.
La figura 4 muestra la seccion transversal (en la direccion transversal) de otra forma de realizacion preferida del elemento de conexion 1, en la que en la direccion periferica entre los elementos de introduccion de fuerzas esta dispuesta una capa de compensacion 11 entre la primera capa y la segunda capa de material compuesto de fibras.
Las figuras 5 y 6 muestran una forma de realizacion de un manguito que se compone de dos partes. En este caso el manguito esta dividido en dos partes 1', 1'' en el plano de dos elementos de introduccion de fuerzas opuestos. Se
tienen as^ elementos de introduccion de fuerzas 2', 2'' de dos partes que pueden ser unidos entre s^ despues de la aplicacion del manguito sobre la correa en la zona del sector elevado mediante conexiones 12 no representadas en detalle. Ademas de esto pueden estar previstos anillos de sujecion 13, 14 con los que se pueden unir las dos partes del manguito 1', 1'' a traves de todo el contorno.
5 La figura 7 muestra la vista en planta de una forma de realizacion particular de los sectores planos 5', 5" y 6', 6" de un manguito formado por dos partes con solo un elemento de introduccion de fuerzas dividido 2', 2". La segunda capa 8, 9 de material compuesto de fibras esta representada transparente en este caso. En esta forma de realizacion los sectores planos 5', 5" y 6', 6" sobresalen por ejemplo en forma de arana en las zonas entre los elementos de introduccion de fuerzas, para en el caso de una realizacion dividida poder transmitir fuerzas altas a 10 traves del elemento de introduccion de fuerzas dividido. La union del manguito dividido para una fijacion sobre la correa esta representada solo esquematicamente por medio de correas de sujecion 13, 14, 15 y 16.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Elemento de conexion (1) para la introduccion de fuerzas transversales, en particular en estructuras de entramado, en forma de un manguito (1) que se puede aplicar en torno a un elemento alargado, con al menos un componente de introduccion de fuerzas (2) preferiblemente metalico, dispuesto en el contorno del manguito, en el que el componente de introduccion de fuerzas (2) presenta un sector elevado (3) con al menos un lugar de conexion (4) para la conexion a otros elementos y un sector plano (5, 6) que es adyacente al sector elevado en la direccion longitudinal del manguito y/o en la direccion periferica del manguito, caracterizado por que el manguito esta formado esencialmente por una primera capa (7) de material compuesto de fibras y una segunda capa (8, 9) de material compuesto de fibras, que recubre conjuntamente al menos una parte del componente de introduccion de fuerzas (2) y la primera capa de material compuesto de fibras (7), y por tanto une el componente de introduccion de fuerzas (2) a la primera capa (7).
  2. 2. Elemento de conexion segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la segunda capa (8, 9) de material compuesto de fibras une el componente de introduccion de fuerzas (2) a la primera capa (7) de material compuesto de fibras, al menos en una zona parcial del sector plano (5, 6).
  3. 3. Elemento de conexion segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que el componente de introduccion de fuerzas (2) presenta salientes en forma de pasador (10) al menos en una parte de cada zona que esta unida a la primera capa (7) de material compuesto de fibras por medio de la segunda capa (8, 9) de material compuesto de fibras, en el que los salientes en forma de pasador sobresalen al menos en una capa (7, 8, 9) del material compuesto de fibras.
  4. 4. Elemento de conexion segun la reivindicacion 3, caracterizado por que los salientes en forma de pasador (10) estan previstos al menos en una zona del sector plano (5, 6), y en la cara superior del sector plano (5, 6) en la segunda capa del material compuesto de fibras (8, 9), asf como en la cara inferior del sector plano (5, 6) en la primera capa (7) del material compuesto de fibras.
  5. 5. Elemento de conexion segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sector elevado (3) esta realizado con forma sustancialmente trapezoidal.
  6. 6. Elemento de conexion segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material de fibras de la primera capa de material compuesto de fibras (7) se presenta en forma de capas de trenzado de fibras triaxial.
  7. 7. Elemento de conexion segun la reivindicacion 6, caracterizado por que las capas de trenzado de fibras triaxial presentan fibras con un angulo de trenzado de sustancialmente 0° con respecto a la direccion longitudinal del manguito, asf como fibras con un angulo de trenzado de 25° a 85° con respecto a la direccion longitudinal del manguito.
  8. 8. Elemento de conexion segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material de fibras de la segunda capa (8, 9) de material compuesto de fibras esta formado por enrollamientos cruzados parciales o capas de trenzado.
  9. 9. Elemento de conexion segun la reivindicacion 8, caracterizado por que el angulo de fibra de las capas de enrollamiento o de las capas de trenzado es de 45° a 89°.
  10. 10. Elemento de conexion segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos en una parte de la zona del manguito (1) en la que no esta previsto ningun elemento de introduccion de fuerzas (2) esta prevista una capa de compensacion (11) entre la primera capa (7) y la segunda capa (8, 9) de material compuesto de fibras.
  11. 11. Elemento de conexion segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el manguito (1) tiene una forma de seccion transversal sustancialmente cilmdrica.
  12. 12. Elemento de conexion segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el manguito (1) se compone de al menos dos partes que pueden ser conectadas entre sf con union positiva de fuerza.
  13. 13. Elemento de conexion segun la reivindicacion 12, caracterizado por que el manguito (1', 1") esta dividido en el plano de al menos uno de los sectores elevados de los elementos de introduccion de fuerzas (2', 2").
  14. 14. Procedimiento para la fabricacion del elemento de conexion segun una de las reivindicaciones anteriores, que comprende las etapas de:
    - fabricacion de una primera capa de material de fibras en forma de un manguito sobre un nucleo
    - aplicacion de al menos un elemento de introduccion de fuerzas en el contorno de la primera capa
    - recubrimiento de al menos una parte del elemento de introduccion de fuerzas y de la primera capa con otra capa de material de fibras
    - impregnacion de la estructura resultante con resina, y
    - curado
    - desmoldeo del nucleo.
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