ES2906377T3 - Elemento estructural para construcciones - Google Patents
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Abstract
Elemento estructural para construcciones que comprende: i) una estructura (2) hecha de hormigón y/o geopolímero y/o material activado por álcalis; ii) al menos una tira (3) hecha de un compuesto fibra-resina que rodea al menos parte de dicha estructura (2), comprimiéndola; caracterizado por que dicha al menos una tira comprende una pluralidad de capas superpuestas (30) hechas de un compuesto fibra-resina que rodean la estructura (2); dichas capas (30) están superpuestas entre sí, estando una capa más externa unida a una capa más interna sin medios externos para mantener una tensión de dicha al menos una tira (3), cubriendo la capa más externa al menos parcialmente una capa más interna, por lo que la al menos una tira (3) recubre al menos parcialmente una superficie externa (20) de dicha estructura (2).
Description
DESCRIPCIÓN
Elemento estructural para construcciones
La presente invención se refiere a un elemento estructural para construcciones, por ejemplo, en el campo de la construcción o de las infraestructuras (puentes, pasos elevados, etc.).
Como es sabido, el hormigón tiene una excelente resistencia a la compresión, pero muy mala resistencia a la tracción.
Para obviar este inconveniente, en el estado de la técnica se conoce aplicar una carga de precompresión en aquellas zonas del hormigón que durante su uso se ven sometidas a tracción debido a su peso o a cargas externas.
En vista de ello, se ponen en tracción varillas de tensión de acero de bajo deslizamiento en el interior de un molde que luego se llena de hormigón. Posteriormente, las varillas de tensión se liberan y, en consecuencia, la carga de compresión de las varillas de tensión se transfiere al producto de hormigón.
Sin embargo, esta solución no está exenta de inconvenientes:
- la transferencia de la carga entre las varillas de tensión y el hormigón se logra mediante la adhesión de las varillas de tensión al hormigón; cuando se requiere una alta compresión del hormigón, se utilizan alambres trenzados (que tienen una pluralidad de alambres enrollados en forma de espiral) como varillas de tensión; esto introduce cargas de flexión; además, la presión específica acero-hormigón puede llegar a ser alta e imponer restricciones a la posibilidad de utilizar hormigones ligeros que tendrían beneficios considerables para los elementos sometidos a esfuerzos de flexión;
- el hormigón tiene cierta tendencia a la retracción durante las etapas de fraguado y curado; esto significa que se pierde un determinado porcentaje de la carga impuesta sobre las varillas de tensión ya que el elemento estructural tiende a acortarse;
- las varillas de tensión metálicas deben estar protegidas contra la corrosión y, en consecuencia, deben colocarse suficientemente en el interior con respecto a la superficie externa de los productos; todo el hormigón colocado entre las varillas de tensión y la superficie exterior inferior tiene el efecto de hacer más pesada la estructura, aunque no colabora a nivel estructural;
- en estructuras que requieren un determinado nivel de resistencia al fuego, es necesario aumentar la distancia entre la superficie inferior de los elementos de hormigón y las varillas de tensión de precompresión, ya que la relajación por deslizamiento viscoso del acero llega a ser significativa incluso con aumentos relativamente modestos de temperatura; - el uso de varillas de tensión de precompresión es normalmente una operación que no es susceptible de un alto grado de automatización y requiere mucha mano de obra. Esto comienza desde las etapas de colocación de las varillas de tensión y continúa hasta las etapas de acabado del producto.
En cambio, otra solución conocida requiere la colocación de las varillas de tensión en vainas especiales dentro del molde. Tras el curado del hormigón se ponen en tracción las varillas de tensión situadas en el interior de las vainas.
Esta solución tiene la ventaja de ser menos sensible a la retracción que el hormigón ya que las varillas de tensión no están en contacto directo con el hormigón (ya que pueden deslizarse dentro de la vaina). Sin embargo, este proceso requiere mucho tiempo de trabajo, mano de obra y costes, por lo que se usa con mucha menos frecuencia y para estructuras de dimensiones significativas.
También se dan a conocer elementos estructurales conocidos en el documento JPH-A-07139090. El documento US-B-6 219 991 da a conocer un método para reparar y reforzar una columna de hormigón. El método incluye enrollar una correa flexible de material de refuerzo circunferencialmente alrededor del exterior de una columna de hormigón y longitudinalmente a lo largo de al menos una parte de la altura de la columna de hormigón, y luego sujetar la correa flexible de material de refuerzo a sí misma para asegurarla a la columna de hormigón, de forma que se proporcione de ese modo el refuerzo lateral externo de la columna de hormigón, lo que aumenta la resistencia, la rigidez y la ductilidad de la columna de hormigón..
En este contexto, la labor técnica que sustenta la presente invención es proponer un elemento estructural y un método para mejorar la resistencia estructural, obviando el elemento y el método los inconvenientes del estado de la técnica citado.
En particular, un objeto de la presente invención es proporcionar un elemento estructural y un método para mejorar la resistencia estructural que permitan moderar los costes y al mismo tiempo aumentar las características de resistencia a los agentes externos.
La labor técnica establecida y los objetos especificados se logran sustancialmente mediante un elemento estructural y un método para mejorar la resistencia estructural, que comprenden las características técnicas establecidas en una o más de las reivindicaciones adjuntas.
Otras características y ventajas de la presente invención quedarán más claras a partir de la descripción indicativa, y por tanto no limitativa, de una realización preferida, aunque no exclusiva, de un elemento estructural, como se ilustra en los dibujos adjuntos, en los que:
- La figura 1 es una vista en perspectiva de un elemento estructural según la presente invención;
- La figura 2 es una vista en sección transversal del elemento estructural de la figura 1;
- La figura 3 es una vista en sección de otro elemento estructural;
- Las figuras 4 y 5 muestran detalles de elementos estructurales según la presente invención.
Un elemento estructural para construcciones se indica en las figuras adjuntas con el número de referencia 1.
El elemento 1 comprende una estructura 2 hecha de hormigón y/o geopolímero y/o material activado por álcalis. Estos materiales son bien conocidos en el ámbito técnico y, por tanto, no se describen en el presente documento. En particular, el material activado por álcalis puede referirse a cualquier sistema de unión derivado de la reacción de una fuente metálica alcalina (sólida o en forma de polvo) con un polvo de silicato sólido. Como se muestra a modo de ejemplo en las figuras adjuntas, la estructura 2 podría comprender/ser una viga. Es posible que la estructura 2 comprenda un núcleo interno, por ejemplo, de metal.
La estructura 2 comprende al menos una tira 3 hecha de un compuesto fibra-resina.
En la solución preferida, la fibra es una fibra de vidrio o una fibra de carbono o una fibra de basalto. Las fibras son de manera conveniente inertes frente a la corrosión y los ataques químicos, de modo que la durabilidad de los elementos aumenta enormemente.
La resina puede ser, por ejemplo, una resina de poliéster, éster vinílico, epoxi, poliuretano.
La fibra comprende una pluralidad de filamentos. Los filamentos se extienden ventajosamente flanqueados entre sí. Los filamentos preferiblemente no están entrelazados para formar una urdimbre y una trama. La resina permite una distribución óptima de la carga entre los filamentos.
La tira 3 rodea al menos parte de dicha estructura 2, comprimiéndola. La tira 3 se enrolla sobre sí misma, siguiendo una línea cerrada. La tira 3 puede cubrir ventajosamente la parte inferior de la estructura 2.
Además, la tira 3 recubre al menos parcialmente una superficie externa 20 de dicha estructura 2. El término “recubrir” y el término “superponer” a lo largo de la presente descripción quieren dar a entender que un elemento cubre al menos parcialmente otro elemento, no que está por encima del otro elemento. Por lo tanto, la compresión se realiza en el exterior de la estructura 2 y, en consecuencia, una gran parte del material que la constituye coopera con la carga.
La tira 3 comprende dos solapas 21 que se recubren entre sí y que se adhieren mediante encolado. El encolado se puede determinar mediante la aplicación de cola adicional. Alternativamente, también puede derivar únicamente de la interacción entre las dos solapas superpuestas 21 de material compuesto fibra-resina. Las dos solapas 21 posiblemente también podrían adherirse solo por fricción. Los elementos exteriores a la tira de bloqueo 3 de las dos solapas 21 están ventajosamente ausentes. La tira comprende una pluralidad de capas superpuestas 30 hechas de material compuesto fibra-resina que rodean la estructura 2.
Las capas 30 están superpuestas entre sí, estando unida una capa más externa a la capa más interna sin medios externos para mantener una tensión de dicha tira 30.
El compuesto fibra-resina define una barrera con una baja permeabilidad al agua. Esto es importante ya que permite proteger aquellas zonas que experimentan microfisuras y en consecuencia corrosión de las armaduras de acero y que pueden ser atacadas por agua contaminada por elementos corrosivos (cloro presente en las sales utilizadas para prevenir la formación de hielo, agua salobre, etc.).
Cuando se requiera una impermeabilización aún más significativa, el elemento estructural 1 puede comprender una o más láminas 4 de un polímero orgánico interpuestas entre dos zonas superpuestas de dicha tira 3 para mejorar la impermeabilización al agua.
Como se muestra a modo de ejemplo en figura 3, se utilizan tres tiras distintas 3, que rodean partes correspondientes de la estructura de hormigón 2. La figura 3 ilustra ventajosamente un revestimiento 5 situado sobre la estructura 2.
Otro objeto de la presente invención es un método para mejorar la resistencia estructural de una estructura 2 hecha de hormigón y/o geopolímero y/o material activado por álcalis (también conocido como AAM).
El método comprende una etapa de aplicar una tira 3 hecha de un compuesto fibra-resina a la estructura 2. Como se indica anteriormente, la fibra es preferiblemente una fibra de vidrio o una fibra de carbono o una fibra de basalto.
La fibra comprende de manera conveniente una pluralidad de filamentos. La etapa de aplicar la tira 3 incluye rodear al menos parte de la estructura 2 con la tira 3. Esto incluye también superponer dicha tira 3 al menos en parte sobre una superficie externa 20 de la estructura 2. La etapa de aplicar la tira 3 incluye de manera favorable extender la tira 3 mediante de un brazo mecánico adecuado.
La etapa de aplicar la tira 3 a la estructura 2 tiene lugar después de que haya terminado el curado de la estructura 2. Por lo tanto, la etapa de aplicar la tira 3 incluye una compresión posterior de la estructura 2 (lo que significa que la estructura 2 primero se cura y luego se comprime desde el exterior).
La tira 3 mantiene comprimida la parte de la estructura 2 que rodea.
De manera conveniente, la etapa de rodear al menos parte de la estructura 2 comprende superponer al menos dos solapas extremas de la tira 3 (las solapas pueden ser retenidas mediante encolado o simplemente por fricción). La tira 3 puede definir posiblemente una pluralidad de capas 30 que envuelven anularmente la estructura 2.
En una primera solución, la etapa de rodear dicha estructura 2 con dicha tira 3 comprende una etapa de comprimir dicha estructura 2. Así, la etapa de compresión se realiza al mismo tiempo que la aplicación de la tira 3. En este caso la tira 3 se aplica así tensada.
En una solución alternativa, se comprime mecánicamente la estructura 2 antes de la aplicación de la tira 3. Posteriormente se aplica la tira 4, que en este caso podría hacerse aplicándola a una tensión menor o nula (por lo tanto, se aplica menos tensada que en la solución anterior, aunque, en cualquier caso, la estructura 2 estará comprimida).
La presente invención proporciona importantes ventajas.
La compresión en el exterior es tal que casi todo el material de la estructura 2 coopera con la carga. Se pueden utilizar hormigones más ligeros, ya que se eliminan las zonas de alta presión específica que se generan a lo largo de los contactos entre las varillas de tensión y el hormigón. Además, la tira 3 es resistente a la corrosión y a los ataques químicos, a diferencia de las varillas de tensión metálicas internas de la técnica anterior. La tira tiene además una función de impermeabilización. El proceso de producción en los sitios de prefabricación se simplifica en gran medida ya que las etapas de postensado y producción del elemento estructural 1 son más simples.
La invención tal como está concebida es susceptible de numerosas modificaciones y variantes, todas ellas dentro del ámbito de aplicación de las reivindicaciones.
Claims (5)
1. Elemento estructural para construcciones que comprende:
i) una estructura (2) hecha de hormigón y/o geopolímero y/o material activado por álcalis;
ii) al menos una tira (3) hecha de un compuesto fibra-resina que rodea al menos parte de dicha estructura (2), comprimiéndola;
caracterizado por que dicha al menos una tira comprende una pluralidad de capas superpuestas (30) hechas de un compuesto fibra-resina que rodean la estructura (2); dichas capas (30) están superpuestas entre sí, estando una capa más externa unida a una capa más interna sin medios externos para mantener una tensión de dicha al menos una tira (3), cubriendo la capa más externa al menos parcialmente una capa más interna, por lo que la al menos una tira (3) recubre al menos parcialmente una superficie externa (20) de dicha estructura (2).
2. Elemento según la reivindicación 1, caracterizado por que dicha a menos una tira (3) comprende una primera y una segunda solapa (21) superpuestas y adheridas mediante encolado; cubriendo la segunda solapa al menos parcialmente la primera solapa.
3. Elemento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el compuesto fibra-resina define una barrera de baja permeabilidad al agua.
4. Elemento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende una o varias láminas (4) de un polímero orgánico interpuestas entre dos zonas superpuestas de dicha al menos una tira para mejorar la impermeabilización al agua.
5. Elemento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dicha fibra es una fibra de vidrio o una fibra de carbono o una fibra de basalto.
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