ES2991705T3 - Procedimiento para pretensar estructuras y piezas de construcción de hormigón existentes o de nueva creación, así como estructuras de construcción fabricadas según el procedimiento - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un procedimiento según el cual se coloca un perfil constituido por una aleación con memoria de forma en el hormigón o se hace rugoso por el exterior un hormigón que se va a reforzar, a continuación se fijan perfiles (2) constituidos por una aleación con memoria de forma en el exterior rugoso (9) de la estructura (6) y se aplica una matriz de cemento sobre el exterior rugoso (9) para cubrir los perfiles (2). Una vez fraguado la matriz de cemento, dichos perfiles (2) generan una fuerza de contracción y, por tanto, una tensión como resultado de la aportación de calor. La capa de recubrimiento de mortero (16) actúa de este modo como capa de refuerzo debido al entrelazado de la capa de recubrimiento de mortero (16) con el exterior rugoso (9) de la estructura (6). Los perfiles (2) discurren en un mortero exterior como capa de refuerzo (16) del exterior de una estructura a lo largo del exterior de la estructura dentro de la capa de mortero o de refuerzo (16). También se puede preparar una estructura para un pretensado en la capa de mortero o de refuerzo equipada mediante la entrada de calor, de manera que los cables eléctricos (3) se conducen desde las regiones finales de la misma hasta el exterior de la capa de mortero o de refuerzo (16) o las regiones finales de los cables eléctricos (3) son accesibles mediante la eliminación de insertos (5). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

d e s c r ip c ió n

Procedimiento para pretensar estructuras y piezas de construcción de hormigón existentes o de nueva creación, así como estructuras de construcción fabricadas según el procedimiento

La presente invención se refiere a un procedimiento para pretensar estructuras y piezas de construcción de hormigón existentes o de nueva creación, en el que se insertan para el pretensado perfiles hechos de aleaciones con memoria de forma, a menudo denominados por los expertos como perfiles de aleaciones con memoria de forma, o perfiles SMA, por sus siglas en inglés. Este sistema de pretensado también puede usarse para incorporar extensiones posteriores a una estructura existente bajo pretensado. Además, la invención también se refiere a una estructura de hormigón que ha sido construida o reforzada posteriormente utilizando este procedimiento o a la que se han acoplado extensiones según este procedimiento. Como peculiaridad, se utilizan aleaciones con memoria de forma a base de acero en forma de perfiles para generar un pretensado.

En general, el pretensado de una estructura aumenta su facilidad de uso al minimizar las grietas o evitar que se formen grietas en primer lugar. Este tipo de pretensado ya se utiliza hoy en día para reforzar piezas de construcción de hormigón contra la flexión o para flejar alrededor de pilares, porejemplo, para aumentar la carga axial o para el refuerzo a cortante. Otra aplicación del pretensado del hormigón son las tuberías para el transporte de líquidos y los silos o contenedores cisterna, que se flejan para crear el pretensado. En el estado de la técnica, se introducen redondos de acero o cables en el hormigón o se fijan posteriormente a la superficie del elemento de construcción por el lado de tracción. El anclaje y la transmisión de fuerzas del elemento de pretensado al hormigón son muy complejos con todos estos métodos conocidos. Los costes de los piezas de anclaje (cabezas de anclaje) son elevados. En caso de pretensado exterior, los aceros o cables de pretensado también deben protegerse contra la corrosión mediante un revestimiento. Esto es necesario porque los aceros utilizados convencionalmente no son resistentes a la corrosión. Si los cables de pretensado se insertan en el hormigón, hay que protegerlos contra la corrosión con un gran coste mediante mortero de cemento, que se inyecta en los conductos. En el estado de la técnica, se genera un pretensado externo también con materiales compuestos de fibra, que se adhieren a la superficie del hormigón. En este caso, la protección contra incendios suele ser muy compleja, ya que los adhesivos tienen una baja temperatura de transición vítrea. La protección contra la corrosión es la razón por la que debe mantenerse un recubrimiento mínimo de los insertos de acero de aprox. 3 cm en el hormigón tradicional. Como resultado de las influencias ambientales (concretamente, CO<2>y SO<2>en el aire), se produce una carbonatación en el hormigón. Debido a esta carbonatación, el entorno alcalino del hormigón (valor de pH 12) desciende a un valor inferior, es decir, a un valor de pH de 8 a 9. Si la armadura interna se encuentra en este área carbonatada, la protección contra la corrosión del acero convencional ya no está garantizada. El recubrimiento del acero de 3 cm de grosor garantiza la correspondiente resistencia a la corrosión de la armadura interna durante una vida útil de la estructura de construcción de unos 70 años. Cuando se utiliza la nueva aleación con memoria de forma, la carbonatación es mucho menos crítica, ya que la nueva aleación con memoria de forma tiene una resistencia a la corrosión significativamente mayor en comparación con el acero estructural convencional. Como resultado del pretensado del elemento de construcción de hormigón o del mortero, se cierran las grietas y se reduce en gran medida la penetración de contaminantes. Con el nuevo desarrollo, el recubrimiento de hormigón puede reducirse masivamente y las piezas de construcción, tales como voladizos de balcones, antepechos de balcones, tuberías, etc. pueden dimensionarse más finas. Esto hace que los piezas de construcción sean más ligeras y económicas.

El documento GB 2 358 880 A divulga un procedimiento para pretensar o tensar posteriormente piezas estructurales con un medio de refuerzo alargado en forma de barra con un diámetro de 1,0 mm y 2,0 mm, que se compone de una aleación de níquel-titanio con memoria de forma con un contenido típico del 47 % de níquel, el 50 % de titanio y el 3 % de hierro. Se moldea un cuerpo estructural alrededor de la barra previamente preparada, atravesando la barra completamente al mismo. Una vez fraguado el material, la barra se calienta hasta una temperatura típica de 47,5 °C. A medida que se produce el efecto de memoria de forma, el material fraguado se somete a un esfuerzo de tracción. Asimismo, el documento JP 2008138469 A divulga una armadura de pilar que utiliza una aleación con memoria de forma, cuyo pretensado puede determinarse en una realización mediante galgas extensiométricas. El documento WO 96/12588 A1 también divulga la utilización del efecto de memoria de forma para el refuerzo de piezas de construcción.

El objetivo de la presente invención es, por lo tanto, proporcionar un procedimiento para pretensar estructuras y piezas de construcción de hormigón nuevas y existentes, incluyendo mortero ligado con cemento para reforzar estructuras de construcción existentes, opcionalmente con el fin de mejorar la facilidad de uso y la estabilidad de la estructura de construcción, para garantizar un uso más flexible de la edificación para posteriores extensiones en voladizo, o para aumentar la durabilidad y la resistencia al fuego de la estructura de construcción. Además, es un objetivo de la invención proporcionar una estructura de construcción de hormigón que presente los pretensados o refuerzos producidos utilizando este procedimiento.

El objetivo se consigue mediante un procedimiento y una edificación de acuerdo con las características de las reivindicaciones independientes 1 y 8. En las reivindicaciones dependientes se describen variantes de la solución de acuerdo con la invención.

El procedimiento se describe y explica mediante dibujos. Se describen y explican aplicaciones para nuevas construcciones o para prefabricación, así como aplicaciones para el refuerzo posterior de construcciones de hormigón existentes.

Se muestran:

Figura 1: Una viga o losa de hormigón, coladain situo en la planta de prefabricación, con perfiles calefactables eléctricamente insertados hechos de una aleación con memoria de forma;

Figura 2: Una viga de hormigón, coladain situo en la planta de prefabricación, con un perfil insertado hecho de una aleación con memoria de forma, cuyos dos extremos están engastados con insertos;

Figura 3: Una sección transversal de una estructura de construcción de hormigón con una armadura interior de acero tradicional, preparada para la aplicación de la mezcla de mortero como capa de refuerzo, que contiene perfiles hechos de una aleación con memoria de forma;

Figura 4: Una sección transversal de este muro estructural según la figura 3, tras la incorporación de perfiles hechos de una aleación con memoria de forma;

Figura 5: Una sección transversal de este muro estructural según las figuras 3 y 4, después de cubrir los perfiles incorporados hechos de una aleación con memoria de forma con hormigón proyectado o mortero de cemento;

Figura 6: Una sección transversal de este muro estructural según las figuras 3 y 4, con los perfiles hechos de una aleación con memoria de forma dispuestos en el interior y recubiertos, con dos variantes para el aporte de calor para calentar los perfiles, a) por calentamiento por resistencia eléctrica mediante cables eléctricos dispuestos en el interior, o b) mediante una escotadura para conectar cables eléctricos;

Figura 7: Una sección transversal de este muro estructural según las figuras 3 a 6, con los perfiles hechos de una aleación con memoria de forma dispuestos en el interior y recubiertos, después del aporte de calor y después de rellenar los accesos a los perfiles;

Figura 8: Una sección transversal de un elemento de construcción de hormigón existente (muro estructural), reforzada en su superficie con un perfil hecho de una aleación con memoria de forma, durante la aplicación de una capa cementosa mediante hormigón proyectado/mortero proyectado;

Figura 9: Una sección transversal de una pieza de construcción de hormigón existente, reforzada en su superficie con un perfil hecho de una aleación con memoria de forma, durante la aplicación manual de una capa cementosa;

Figura 10: Una parte de una losa de hormigón dotada en su cara inferior de una capa de refuerzo sujeta con tacos y pretensada, que contiene perfiles hechos de una aleación con memoria de forma;

Figura 11: Una sección transversal a través de la losa de hormigón existente según la figura 10, con la armadura convencional y la mezcla de mortero sujeta con tacos encima en toda la superficie y pretensada como capa de refuerzo con perfiles hechos de una aleación con memoria de forma;

Figura 12: Una losa de hormigón existente con la mezcla de mortero aplicada posteriormente en la parte inferior como capa de refuerzo con perfiles hechos de una aleación con memoria de forma en el interior, y que solo está sujeta con tacos localmente en ambos extremos del perfil;

Figura 13: Una losa de hormigón en voladizo con perfiles hechos de una aleación con memoria de forma en su interior, que se incorporó a una estructura de construcción de hormigón preparada para ello durante su creación con perfiles hechos de una aleación con memoria de forma ya colocados para este fin.

En primer lugar, hay que comprender la naturaleza de las aleaciones con memoria de forma (SMA, por sus siglas en inglés [Shape Memory Alloy]). Se trata de aleaciones que tienen una estructura específica que puede modificarse en función del calor, pero que vuelven a su estado original tras la disipación del calor. Al igual que otros metales y aleaciones, las aleaciones con memoria de forma (SMA) contienen más de una estructura cristalina, es decir, son metales polimorfos y, por tanto, policristalinos. La estructura cristalina dominante de las aleaciones con memoria de forma (SMA) depende, por un lado, de su temperatura y, por otro, de la tensión externa, ya sea de tracción o de compresión. A altas temperaturas se trata de una austenita y a baja temperatura se trata de una martensita. La particularidad de estas aleaciones con memoria de forma (SMA) es que recuperan su estructura y forma iniciales tras aumentar la temperatura a la fase de alta temperatura, aunque antes se hayan deformado en la fase de baja temperatura. Este efecto puede aprovecharse para aplicar fuerzas de pretensado en edificaciones.

Si no se introduce o se disipa calor artificialmente de la aleación con memoria de forma (SMA), esta se encuentra a temperatura ambiente. Las aleaciones con memoria de forma (SMA) son estables dentro de un rango de temperatura específico, es decir, su estructura no cambia dentro de ciertos límites de carga mecánica. Para aplicaciones en exteriores en el sector de la construcción, se parte de un rango de fluctuación de la temperatura ambiente de -20 °C a 60 °C. Por lo tanto, una aleación con memoria de forma (SMA) utilizada en este caso no debería cambiar su estructura dentro de este rango de temperatura. Las temperaturas de transformación a las que cambia la estructura de la aleación con memoria de forma (SMA) pueden variar considerablemente en función de la composición de la aleación con memoria de forma (SMA). Las temperaturas de transformación también dependen de la carga. A medida que aumenta la carga mecánica sobre la aleación con memoria de forma (SMA), también lo hacen sus temperaturas de transformación. Para que la aleación con memoria de forma (SMA) se mantenga estable dentro de ciertos límites de carga, hay que prestar mucha atención a estos límites. Si se utilizan aleaciones con memoria de forma (SMA) para refuerzos estructurales, además de la resistencia a la corrosión y los efectos de relajación, también debe tenerse en cuenta la calidad de la fatiga de la aleación con memoria de forma (SMA), especialmente si las cargas varían con el tiempo. Se distingue a este respecto entre fatiga estructural y fatiga funcional. La fatiga estructural se refiere a la acumulación de defectos microestructurales, así como la formación y propagación de grietas superficiales hasta la rotura final del material. Por otro lado, la fatiga funcional es el resultado de la degradación gradual del efecto de memoria de forma o de la capacidad de amortiguación debido a los cambios microestructurales que se producen en la aleación con memoria de forma (SMA). Esto último está asociado a la modificación de la curva de esfuerzo-alargamiento bajo carga cíclica. Las temperaturas de transformación también se modifican durante el proceso.

Las aleaciones con memoria de forma (SMA) a base de hierro, Fe, manganeso, Mn y silicio, Si, son adecuadas para absorber cargas permanentes en el sector de la construcción, en donde la adición de hasta un 10 % de cromo, Cr, y níquel, Ni, confiere a la SMA un comportamiento frente a la corrosión similar al del acero inoxidable. La literatura muestra que la adición de carbono, C, cobalto, Co, cobre, Cu, nitrógeno, N, niobio, Nb, carburo de niobio, NbC, vanadio-nitrógeno, VN, y carburo de circonio, ZrC, puede mejorar las propiedades de memoria de forma de diversas maneras. Presenta propiedades especialmente buenas una aleación con memoria de forma (SMA) de Fe-Ni-Co-Ti, que puede soportar cargas de hasta 1000 MPa, es muy resistente a la corrosión y su temperatura superior de transición para pasar al estado de una austenita es de aproximadamente 100 °C.

El presente sistema de refuerzo aprovecha las propiedades de las aleaciones con memoria de forma (SMA), y preferentemente las de una aleación con memoria de forma (SMA) a base de acero sustancialmente más resistente a la corrosión que el acero estructural, ya que tales aleaciones con memoria de forma (SMA) son mucho menos caras que las SMA de níquel-titanio (NiTi), porejemplo. Las aleaciones con memoria de forma (SMA) a base de acero se utilizan en forma de redondos de acero con superficies rugosas, por ejemplo con superficies de rosca gruesa, y se incrustan en una mezcla de mortero, es decir, una capa de mortero, que actúa entonces como capa de refuerzo al entrelazarse con el hormigón subyacente. En caso de aporte de calor, la aleación se contrae permanentemente y vuelve a su estado original. Si los perfiles de SMA se calientan hasta la temperatura correspondiente al estado de austenita, adoptan su forma original y la conservan, incluso bajo carga. El efecto conseguido es que los perfiles hechos de una aleación con memoria de forma dispuestos en el interior de la mezcla de mortero o la capa de mortero generan tras el calentamiento un pretensado sobre toda la mezcla de mortero o capa de mortero fraguada debido a que el hormigón evita que la aleación con memoria de forma (SMA) recupere su forma, extendiéndose este pretensado de manera uniforme o lineal por toda la longitud del perfil de una aleación con memoria de forma.

En principio, según este procedimiento se inserta un perfil de acero hecho de una aleación con memoria de forma, o perfil de acero de SMA para abreviar, preferiblemente de redondo de acero con una superficie estriada o con una rosca gruesa como superficie, en el hormigón durante la nueva construcción o en la prefabricación, en lugar de una varilla de acero corrugado tradicional o además de esta. Una vez fraguado el hormigón, el perfil de acero de SMA se calienta aplicando corriente eléctrica. Esto conduce a un acortamiento del perfil de acero de SMA y provoca correspondientemente un pretensado del elemento de hormigón fraguado. Para el refuerzo posterior, el perfil de acero de SMA se fija en cualquier dirección sobre la superficie de la estructura de construcción de hormigón a la que se ha dado rugosidad, aunque principalmente en la dirección de tracción, y se sujeta con tacos a la misma y, acto seguido, se engasta por toda la superficie y se recubre con un mortero cementoso u hormigón proyectado. Tras el fraguado de la mezcla de mortero cementosa o de la capa de mortero, los perfiles de acero de SMA se calientan mediante electricidad, lo que provoca el acortamiento de estos perfiles de acero de SMA. El acortamiento provoca un pretensado de la mezcla de mortero cementosa o de la capa de mortero. A continuación, las fuerzas se transfieren de la capa de mortero al hormigón existente debido a la superficie rugosa de la estructura de construcción de hormigón y a la adherencia.

La prefabricación de piezas de construcción hormigón armado, como planchas para balcones o fachadas o tubos, en las que se insertan y pretensan los nuevos perfiles de acero de SMA, presentan ventajas adicionales.

Gracias al pretensado de estas piezas de construcción de hormigón prefabricadas pueden reducirse las secciones transversales del elemento de construcción. Como el elemento de construcción está libre de grietas gracias al pretensado interno, hay mucha más protección contra la penetración de cloruros o la carbonatación. Esto significa que tales piezas de construcción no solo son más ligeras, sino también mucho más resistentes y, correspondientemente, más duraderas.

Los perfiles de acero de SMA utilizados en la invención también se pueden utilizar fuera del procedimiento según la invención para proteger mejor una estructura de construcción en caso de incendio, para lo cual inicialmente se omite deliberadamente la contracción directa de los perfiles de acero de SMA por aporte de calor. Sin embargo, en caso de incendio, los perfiles de acero de SMA incorporados se contraen debido al efecto de calor del fuego. Un cerramiento de edificio de hormigón reforzado con perfiles de acero de SMA genera automáticamente por tanto un pretensado en caso de incendio, mejorando así la resistencia al fuego.

El procedimiento se describe y explica a continuación con referencia a las figuras. Al respecto, la figura 1 muestra una sección transversal de una losa o viga de hormigón 1, en la que están incrustados uno o varios perfiles de acero de SMA 2. Siempre se utilizan perfiles de SMA 2 a base de acero con una estructura polimorfa y policristalina, con una superficie estriada o estructurada de otro modo, o con una superficie roscada. Estos perfiles de acero de SMA pueden pasar de su estado de martensita a su estado permanente de austenita aumentando su temperatura. Dicho elemento de construcción de hormigón puede fabricarsein situo en una instalación de prefabricación. Los perfiles de SMA 2 incorporados en forma de redondos de acero tienen una estructura superficial 4 basta, para que puedan trabarse en el hormigón. Una vez fraguado el hormigón dentro del cual se han dispuesto los perfiles de acero de SMA 2, los perfiles de acero de SMA 2 se calientan mediante aporte de calor. Esto tiene la ventaja de realizarse eléctricamente mediante la instalación de una calefacción de resistencia aplicando una tensión a los cables calefactores 3 dispuestos en el interior de modo que el perfil de acero de SMA 2 se caliente como conductor de corriente. Dado que el calentamiento de barras de perfil de SMA largas mediante calentamiento por resistencia eléctrica llevaría demasiado tiempo y transferiría luego demasiado calor al hormigón, se instalan varias conexiones de corriente a lo largo de la longitud de la barra de perfil de SMA. El perfil de acero de SMA puede de este modo calentarse por etapas aplicando una tensión a dos cables calefactores adyacentes, y después a los dos cables adyacentes siguientes, y así sucesivamente hasta que toda la barra de perfil de SMA se lleve al estado de austenita. Se requieren para ello tensiones y corrientes elevadas durante periodos cortos de tiempo, por lo que una tensión de red normal de 220V/110V no es suficiente, como tampoco lo es una fuente de tensión de 500V, como suele instalarse en las obras. En su lugar, la tensión se suministra por una unidad de energía móvil para uso en obras, que genera la tensión con varias baterías de litio conectadas en serie, con cables de alimentación suficientemente gruesos para que pueda enviarse una corriente con un alto valor de amperios a través del perfil de acero de SMA. El calentamiento solo debe tener lugar durante un tiempo muy breve, de modo que la temperatura necesaria de aprox. 150° a 300° se alcance en el perfil de acero de SMA 2 en de 2 a 5 segundos, generando así su fuerza de contracción. Así se evita que el hormigón contiguo resulte dañado. Para ello deben cumplirse dos condiciones: en primer lugar se necesitan unos 10-20A por mm2 de área de sección transversal y, en segundo lugar, unos 10-20V por 1 m de longitud de la barra de perfil para alcanzar el estado de austenita de la barra de perfil en cuestión de segundos. Las baterías deben conectarse en serie. El número, el tamaño y el tipo de baterías deben seleccionarse en función de la corriente (amperios) y la tensión (voltios) requeridas, y el suministro de energía debe regularse mediante un sistema de control para que, con solo pulsar un botón -en función de la longitud y el grosor del perfil de acero-, la barra de perfil reciba tensión y circule la corriente requerida durante exactamente el tiempo necesario. En el caso de barras de perfil largas, de varios metros, el calentamiento puede realizarse por etapas, proveyendo conexiones de corriente según determinadas secciones, es decir, se conducen cables calefactores desde estas hacia fuera de la elemento de construcción que se va a crear hasta el aire libre, donde puede entonces aplicarse la tensión. De este modo, el calor necesario puede aplicarse por secciones -una sección tras otra- por toda la longitud de una barra de perfil para llevar finalmente toda la longitud al estado de austenita.

La figura 2 muestra una sección transversal de una realización alternativa de dicho elemento de construcción de hormigón. Las zonas de los extremos de los perfiles de acero de SMA se envuelven con insertos 5, que se extienden hasta la superficie del elemento de construcción de hormigón 1, para el aporte de calor tras el fraguado. Estos insertos 5 pueden ser trozos de madera, porejemplo, que se colocan sobre las zonas de los extremos de los redondos de acero de SMA 2, o trozos de poliestireno o similares. Una vez fraguado el hormigón, estos insertos 5 pueden retirarse y queda libre el acceso a las zonas de los extremos de los perfiles de acero de SMA 2. Estos pueden calentarse a continuación aplicando los cables eléctricos de la unidad de energía a estas zonas de los extremos a través de bornes de conexión de gran superficie. Como alternativa, se puede prescindir del aporte directo de calor. En tal caso dicho elemento de construcción de hormigón 1 está hasta cierto punto preacondicionado. Si el efecto del calor se produce más tarde en caso de incendio debido al calor del fuego, los perfiles de SMA 2 generan una fuerza de contracción y por tanto un esfuerzo de tracción, creando así un pretensado del hormigón, lo que conlleva una mejora considerable de la resistencia al fuego del edificio. En caso de incendio, este queda aprisionado por todos los lados, por así decirlo, y se derrumbará mucho más tarde, si es que llega a derrumbarse.

Las figuras 3 a 9 muestran otra aplicación, a saber, la creación de una capa de refuerzo en un edificio. La figura 3 muestra una sección transversal de un muro estructural 6, que a su vez está reforzado de la manera tradicional con armaduras 7, 8 convencionales. La cara exterior 9 del muro estructural 6 en este caso se ha producido rugosa o se le ha dado rugosidad posteriormente. Esto puede hacerse, porejemplo, mediante chorro de arena húmedo. Una variante mejor es el mecanizado hidromecánico con un chorro de agua a alta presión. En la práctica se utilizan distintos sistemas con diferentes volúmenes de agua y presiones de agua de al menos 500 bar hasta 3000 bar. Estos sistemas garantizan la rugosidad deseada de la superficie de hormigón de al menos 3 mm. Cuando se utiliza la hidromecánica, también se garantiza que el hormigón de base esté saturado de agua capilarmente. Esta es una condición previa para una buena adherencia entre el hormigón existente y la nueva capa de mortero a base de cemento que se va a aplicar.

La figura 4 muestra cómo los perfiles de SMA 2 en forma de redondos de acero con una aleación correspondiente se fijan a continuación a la superficie 9 rugosa. Pueden fijarse en el muro de hormigón con tacos 10. Si es necesario, los tacos 10 también pueden extenderse por detrás de la primera armadura 7,8. Las dos secciones de los extremos de los perfiles de SMA 2 individuales están conectadas cada una a cables eléctricos 3. Aunque en este caso solo se ve un perfil de SMA 2 individual, que se extiende verticalmente, está claro que también se pueden instalar perfiles de SMA 2 que se extiendan horizontalmente, incluso que se extiendan en cualquier dirección, al igual que la armadura del muro de hormigón 6 presenta en este caso varillas de hierro corrugado 8 que se extienden horizontalmente y se cruzan con las varillas de hierro corrugado 7 que se extienden verticalmente.

A continuación, como se muestra en la figura 5, los perfiles de SMA se envuelven completamente aplicando hormigón proyectado o mortero de cemento, mediante pulverización, vertido o proyección. El mortero de cemento también puede aplicarse manualmente.

Como muestra la figura 6, en un punto del perfil de SMA 2 puede verse en este caso un rebaje 11 en el que se insertó un inserto 5. Una vez retirado de nuevo, tras el fraguado del hormigón o el mortero, el perfil de SMA 2 queda al descubierto. El aporte de calor tiene lugar entonces a través de un cable calefactor que se conecta allí mediante un borne de conexión en combinación con otro cable calefactor, que se conecta al perfil de SMA a través de un borne de conexión en una ubicación de rebaje igual. En este caso el perfil de SMA 2 recibe tensión a través de los dos cables calefactores 3, de modo que se genera un calentamiento por resistencia. El calentamiento provoca una fuerza de contracción de los perfiles de SMA 2, que generan así un esfuerzo de tracción y, por tanto, un pretensado de toda la mezcla de mortero o capa de refuerzo 16, y el pretensado se transfiere al muro de hormigón 6 a través del entrelazado con la superficie 9 rugosa del muro de hormigón 6. En conjunto, se consigue un refuerzo considerable de la estructura de construcción.

La figura 7 muestra una sección transversal de este muro estructural después de que la fuerza de contracción y el esfuerzo de tracción de los perfiles de SMA 2 se hayan generado dentro de la mezcla de mortero o capa de refuerzo 16. El rebaje 11, que se utilizaba para el aporte de calor, queda ahora rellenado con mortero de cemento. En el caso de los cables calefactores 3, estos se cortan a ras de la superficie y se retiran.

La figura 8 muestra una sección transversal de un muro estructural 6 reforzado con acero, que está reforzado en una cara exterior vertical con una capa proyectada, que a su vez se pretensa mediante perfiles de SMA 2. Para ello se fija una rejilla de perfiles de s Ma 2 a la superficie del hormigón 6 a la que se ha dado rugosidad, porejemplomediante tacos 10 adecuados. A continuación esta rejilla se encapsula y se recubre con hormigón proyectado desde una pistola proyectora 21, tal como se muestra. Una vez fraguado este hormigón proyectado, los perfiles de SMA 2 de la rejilla se contraen por aporte de calor, de modo que toda la capa de hormigón proyectado se pretensa como capa de refuerzo 21. El pretensado generado se transfiere a la estructura de construcción 6 a través del entrelazado con la superficie de la estructura de hormigón 6 a la que se ha dado rugosidad, y de este modo aumenta significativamente su estabilidad y resistencia al fuego.

La figura 9 muestra una aplicación en una losa de hormigón horizontal. En este caso, después de colocar los perfiles de SMA 2 sobre la superficie rugosa de la losa de hormigón, estos perfiles de SMA 2 se pueden disponer en el interior con un mortero fluido aplicado manualmente. En el caso del mortero de colada cementoso, este aún debe compactarse o someterse a vibración con la llana. Como alternativa, puede utilizarse un mortero cementoso autocompactante y autonivelante. A continuación los perfiles de SMA 2 dispuestos en el interior se calientan mediante aporte de calor y generan un pretensado que abarca la toda la superficie de la capa de mortero, que se transfiere a la losa de hormigón.

La figura 10 muestra un fragmento de una losa de hormigón 12, concretamente una esquina de la misma vista desde abajo en perspectiva, que está provista en su cara inferior de una capa de refuerzo 19 sujeta mediante tacos y pretensada que contiene perfiles de SMA. La capa de refuerzo 19, que contiene los perfiles de SMA descritos, se conecta a la losa de hormigón 12 con fuerza de arrastre mediante una pluralidad de tacos 13. Únicamente después de que se haya realizado la conexión entre la losa de hormigón 12 y la capa de mortero u hormigón fraguada, que actuará como capa de refuerzo 19 y en la que se encuentran los perfiles de SMA, se hace que los perfiles de SMA generen una fuerza de contracción y, por tanto, un esfuerzo de tracción mediante aporte de calor, de modo que la capa de refuerzo 19 se pretensa y este pretensado se transfiere a la losa de hormigón 12 a través de la sujeción mediante tacos y la conexión.

La figura 11 muestra la estructura interna de este refuerzo con una sección transversal a través de la losa de hormigón 12 según la figura 10, con la armadura convencional de barras de acero corrugado 7, 8, así como la capa de refuerzo 19 con perfiles de SMA 2, sujeta mediante tacos y pretensada. La cara inferior de la losa de hormigón 12 es rugosa, y los perfiles de SMA 2 están incrustados en la capa de refuerzo 19 proyectada. Tras el fraguado, se realiza la sujeción mediante largos tacos para hormigón 13, que se extienden hasta por detrás de la primera armadura 7,8 en la losa de hormigón 12. A continuación tiene lugar el pretensado de los perfiles de SMA 2, que se transfiere a la capa de refuerzo 19, y de ahí a la losa de hormigón 12 a través del entrelazado con la superficie rugosa y de la sujeción con tacos a la misma. La losa de hormigón 12 pretensada de este modo tiene una capacidad de carga considerablemente mayor y las losas de hormigón existentes pueden reforzarse eficazmente desde abajo.

La figura 12 muestra una viga de hormigón con una capa de refuerzo 19 aplicada posteriormente, que está sujeta en ambos extremos mediante tacos. En esta aplicación, el pretensado solo debe actuar en una dirección, es decir, entre los dos puntos de apoyo de la viga de hormigón.

La figura 13 muestra otro caso de aplicación interesante, en donde una estructura de construcción se pretensa con perfiles de SMA 2 dispuestos en el interior del hormigón o varillas de acero corrugado convencionales. El extremo exterior de la armadura, que mira al exterior del edificio, está equipado con un elemento de acoplamiento 22. En el caso de los perfiles de SMA 2, un cable eléctrico 3 atraviesa el hormigón hasta el extremo posterior del perfil de SMA 2, que está dispuesto en el interior del hormigón. Estos elementos de acoplamiento 22 pueden ser tuercas dobles, porejemplo. Se disponen en el interior del hormigón y solo se recubren ligeramente con hormigón. Si posteriormente se desea acoplar una losa de hormigón 15 en voladizo a la estructura de construcción 14, los elementos de acoplamiento 22 se dejan al descubierto y una losa de hormigón 15, en cuyo interior se han dispuesto perfiles de SMA 2, se conecta a la estructura de hormigón 14. Para ello los perfiles de SMA 2 que sobresalen de ella, provistos de una rosca gruesa en la zona del extremo, se conectan o enroscan con los perfiles de SMA o a las barras de acero corrugado convencionales de esta estructura de construcción en forma a prueba de tracción mediante los elementos de acoplamiento 22. Tras este acoplamiento mecánico, se rellena el hueco entre la estructura de construcción 14 y la losa de hormigón 15 en voladizo. Una vez fraguado el relleno, se introduce calor en los perfiles de SMA 2 a través de cables eléctricos 3 para que estos generen una fuerza de contracción y, con ello, un esfuerzo de tracción. Esto pretensa todo el sistema, es decir, la losa de hormigón 15 en voladizo se pretensa internamente y también mediante un pretensado contra la estructura de construcción 14, y si las armaduras que se extienden dentro de la estructura de construcción también son perfiles de SMA 2, estas a su vez también generan un pretensado en el interior de la estructura de construcción 14, lo que da lugar, en conjunto, a una alta estabilidad y capacidad de carga del voladizo.

Claims (11)

r e iv in d ic a c io n e s

1. Procedimiento para pretensar estructuras y piezas de construcción de hormigón existentes o de nueva creación mediante al menos un perfil (2) con una estructura superficial, concretamente una superficie estriada o estructurada de otro modo o con una superficie en forma de rosca, en donde este perfil (2) con su estructura superficial se compone de una aleación con memoria de forma (SMA) a base de acero de estructura polimorfa y policristalina, de modo que el perfil de SMA (2) puede ser llevado de su estado de martensita a su estado permanente de austenita mediante el aumento de su temperatura, en donde este se inserta o incrusta en el hormigón de la estructura o pieza de construcción de nueva creación o en el hormigón o mortero aplicado a la estructura o pieza de construcción existente, de tal modo que el perfil de SMA (2) genera una fuerza de contracción y con ello un esfuerzo de tracción como resultado de un posterior aporte de calor activo y controlado con medios de calentamiento, y en consecuencia genera un pretensado en el hormigón o en la mezcla de mortero ligada con cemento, en donde la transmisión de fuerza al hormigón o a la mezcla de mortero tiene lugar a través de la estructura superficial del perfil de SMA (2).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde el aporte de calor activo y controlado al perfil de SMA (2) tiene lugar dotándolo de insertos (5) en las zonas de los extremos (11) del perfil de SMA (2) o en un punto intermedio del perfil de SMA (2) de tal manera que estos sobresalgan del hormigón o de la mezcla de mortero (1) tras el fraguado de este o de esta, y estos insertos (5) se retiran en caso necesario mecánicamente o mediante combustión, y acto seguido se conectan cables eléctricos (3) a las zonas expuestas del perfil de SMA (2) para el aporte de calor activo y controlado y se ponen bajo tensión eléctrica a fin de generar un calentamiento por resistencia del perfil de SMA (2), tras lo cual las zonas de los extremos (11) expuestas del perfil de SMA (2) se rellenan con mortero cementoso.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde

a. se da rugosidad a la cara exterior (9) del cuerpo o estructura de construcción (6, 12) existente que se va a reforzar, si la cara exterior (9) no se ha producido ya con rugosidad,

b. el perfil de SMA (2) se fija a la cara exterior (9) rugosa o que a la que se ha dado rugosidad,

c. se crea una saturación capilar con agua en la cara exterior (9) y a continuación se aplica una matriz cementosa en forma de mezcla de mortero u hormigón proyectado sobre esta cara exterior (9) para cubrir el perfil de SMA (2),

d. una vez fraguada la matriz cementosa, se hace que el perfil de SMA (2) genere una fuerza de contracción y con ello un esfuerzo de tracción mediante el aporte de calor, con lo que la mezcla de mortero o el hormigón proyectado generados provocan un pretensado de la cara exterior (9) rugosa o a la que se ha dado rugosidad como capa de refuerzo (16, 19) a través del entrelazado con la misma.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en donde

a. la cara exterior (9) se mecaniza hidromecánicamente con una presión de al menos 500 bar, mediante lo cual el sustrato se satura con agua, o mediante chorro de arena, de modo que se da rugosidad a la superficie hasta alcanzar una rugosidad superficial de al menos 3 mm,

b. el perfil de SMA (2) se fija a la cara exterior (9) mediante anclajes o perfiles de acero,

c. se produce una saturación capilar con agua en la cara exterior (9), y a continuación se aplica la matriz cementosa como capa de refuerzo (16, 19) en forma de mezcla de mortero a mano o se proyecta en seco o en mojado como hormigón proyectado, o bien, en el caso de caras exteriores horizontales, se crea una mezcla de mortero como capa de refuerzo (16, 19) aplicando mortero fluido autonivelante y cubriendo el perfil de SMA (2), con sujeción opcional mediante tacos en la mezcla de mortero o en el hormigón proyectado o en la capa de refuerzo (16, 19) colocando tacos (13) que se extienden por detrás de la armadura (7, 8) más adelantada del cuerpo o estructura de construcción (6, 12), llegan hasta por detrás de la mezcla de mortero aplicada o del hormigón proyectado o de la capa de refuerzo (16, 19),

d. tras el fraguado de la mezcla de mortero aplicada o del hormigón proyectado o de la capa de refuerzo (16, 19), se hace que el perfil de SMA (2) genere una fuerza de contracción y con ello un esfuerzo de tracción mediante aporte de calor, con lo que la mezcla de mortero aplicada o el hormigón proyectado o la capa de refuerzo (16, 19) provocan un pretensado de la cara exterior (9) a la que se ha dado rugosidad a través del entrelazado con la misma.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en donde el perfil de SMA (2) se inserta en el hormigón de una estructura de construcción (14) que se va a crear en ese momento para la preparación de una posible incorporación posterior de una pieza de construcción de hormigón (15) que se va a incorporar a la estructura de construcción (14) que se va a crear en ese momento, de modo que este discurre perpendicularmente a la cara exterior de la estructura de construcción (18) y está dotado en su extremo de una rosca gruesa (20) y termina bajo la superficie de la cara exterior de la estructura de construcción (18), en cuya zona del extremo se engasta con un inserto (5) extraíble y a continuación se recubre con mortero, de modo que, en caso necesario, una pieza de construcción de hormigón (15) en voladizo puede posteriormente hormigonarse y pretensarse sobre la estructura de construcción de hormigón (14) ya creada, al estar dotada la pieza de construcción de hormigón (15) que se va a incorporar, a su vez, de un perfil de SMA (2) con rosca gruesa (20) en la zona del extremo y poder conectarse con la zona del extremo del perfil de SMA (2) expuesto en la estructura de construcción de hormigón (14) existente mediante un elemento de acoplamiento (22) con fuerza de arrastre orientado en la dirección desde el exterior hacia la cara exterior de la estructura de construcción (18) de la estructura de construcción de hormigón (14) ya creada y, acto seguido, hormigonarse sobre ella, de modo que tras el fraguado el perfil de SMA (2) genera una fuerza de contracción mediante aporte de calor, y de este modo la pieza de construcción de hormigón (15) incorporada experimenta su propio pretensado y queda acoplada pretensada a la estructura de construcción de hormigón (14) existente.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el perfil de SMA (2), para el aporte de calor desde una fuente de tensión en forma de una unidad de energía formada por una serie de baterías conectadas en serie a través de cables eléctricos (3) conectados de forma permanente o temporal, se somete a una tensión eléctrica de 10-20 V por m de longitud de perfil para generar una corriente de 10-20 A por mm2 de área de sección transversal, de modo que forma un calentamiento por resistencia y se lleva de su estado de martensita a su estado permanente de austenita en de 2 a 10 segundos.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en donde se proveen varias conexiones de corriente con cables de calentamiento que conducen hacia el exterior a lo largo de la longitud del perfil de SMA, y el aporte de calor se genera por secciones sucesivamente aplicando tensión a en cada caso dos conexiones de corriente adyacentes.

8. Estructura de construcción de hormigón creada aplicando el procedimiento según la reivindicación 1.

9. Estructura de construcción de hormigón creada aplicando el procedimiento según la reivindicación 5.

10. Estructura de construcción de hormigón creada aplicando el procedimiento según la reivindicación 6, en donde los cables eléctricos (3) están conectados de manera fija al perfil de SMA (2).

11. Estructura de construcción de hormigón creada aplicando el procedimiento según la reivindicación 1, en donde esta incluye perfiles SMA en el hormigón o en la mezcla de mortero como capa de refuerzo de una cara exterior de la estructura de construcción, que se extienden a lo largo de la cara exterior de la estructura de construcción dentro del hormigón o de la mezcla de mortero o de la capa de refuerzo y están pretensados o están preparados para un pretensado mediante aporte de calor al haber cables eléctricos guiados desde sus zonas de los extremos hacia fuera del hormigón o de la mezcla de mortero o de la capa de refuerzo o al ser sus zonas de los extremo accesibles.