ES3025101T3 - Prestressed concrete components and method for producing prestressed concrete components - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un método para la fabricación de componentes de hormigón pretensado. El método comprende proporcionar al menos un elemento de refuerzo (10) compuesto por varias fibras (12) y varios elementos de sujeción (14) conectados entre sí por las fibras (12), de modo que las fibras (12) puedan tensarse en su dirección longitudinal (T) mediante los elementos de sujeción (14), fijándose las fibras (12) a los elementos de sujeción (14) mediante laminación o mediante laminación y sujeción. El método comprende además tensar las fibras (12) del elemento de refuerzo (10) separando los elementos de sujeción (14) asociados en su dirección longitudinal (T), y hormigonar el componente de hormigón (20) mientras se recubren al menos parcialmente las fibras tensadas (12) con hormigón. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Elementos estructurales de hormigón pretensado y procedimiento para la fabricación de elementos estructurales de hormigón pretensado
La presente invención se refiere a un procedimiento para fabricar un elemento estructural de hormigón pretensado. Otro aspecto de la invención se refiere a los elementos estructurales de hormigón pretensado fabricados según dicho procedimiento de fabricación de un elemento estructural de hormigón pretensado. Las losas de hormigón pretensado son conocidas por el estado de la técnica. Por ejemplo, el documento US 2002/0059768 A1 divulga un procedimiento para fabricar una losa de hormigón pretensado usando cables metálicos tensados. Para generar la tensión, los cables metálicos se enrollan alrededor de pernos opuestos y luego se tensan separando los pernos. El resultado es una tensión previa de aproximadamente el 70 % de la tensión de rotura de los cables metálicos.
Se conocen otros procedimientos para fabricar elementos estructurales de hormigón pretensado en los documentos US2010/132282 A1 y US5025605 A .
El objetivo de la presente invención es, entre otras cosas, proporcionar un procedimiento mejorado para la fabricación de elementos estructurales de hormigón pretensado.
Este objetivo se consigue mediante un procedimiento para producir un elemento estructural de hormigón pretensado según la reivindicación 1. Otras realizaciones según la invención se dan en las reivindicaciones dependientes.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un elemento estructural de hormigón pretensado mejorado. Este objetivo se consigue mediante un elemento estructural de hormigón según la reivindicación 15.
Un aspecto parcial de la invención se refiere a un elemento de refuerzo para fabricar elementos estructurales de hormigón pretensado, que tiene una pluralidad de fibras y varios elementos de retención que están unidos entre sí por las fibras, de tal modo que las fibras pueden tensarse en su dirección longitudinal por medio de los elementos de retención. Las fibras están unidas a los elementos de retención de tal manera que las fibras terminan en los elementos de retención en una línea prácticamente recta cuando se tensan. De este modo se consigue tanto un elevado tensado previo como una fabricación eficaz, fiable y, por lo tanto, rentable de los elementos estructurales de hormigón.
El término "fibra" incluye tanto un único como varios elementos de refuerzo alargados y flexibles para elementos estructurales de hormigón, por ejemplo un único filamento -también llamado filamento simple o monofilamento- o un haz de filamentos -también llamado multifilamento, hilo multifilamento, hilado o -en el caso de filamentos estirados- roving. Además, las fibras también pueden estar recubiertas individualmente o todas juntas y/o el haz de fibras puede estar trenzado o retorcido.
Según la invención, el área de sección transversal neta de las fibras (es decir, sin impregnación de resina) es inferior a aproximadamente 5 mm2 y se encuentra en particular en un intervalo de aproximadamente 0,1 mm2 a aproximadamente 1 mm2. En otro ejemplo, la capacidad de alargamiento por tracción elástica de las fibras es superior al 1 % aproximadamente. En otro ejemplo, la resistencia a la tracción de las fibras en relación con su área de sección transversal neta es superior a aproximadamente 1000 N/mm2, en particular superior a aproximadamente 1800 N/mm2.
En la fabricación de un elemento estructural de hormigón pretensado, por ejemplo, los elementos de refuerzo se colocan primero en un molde y después se tensan las fibras separando los elementos de retención correspondientes. A continuación se vierte el hormigón del elemento estructural, y las partes de las fibras dentro del molde se fraguan en hormigón. Una vez endurecido el hormigón, se libera la tensión aplicada previamente a las fibras, manteniéndose la tensión en las partes embebidas de las fibras, ya que las partes embebidas de las fibras están fijadas por fricción al hormigón y prácticamente no hay desplazamiento relativo entre estas partes de las fibras y el hormigón. La unión por fricción se basa, entre otras cosas, en el enchavetado de las fibras en su revestimiento de hormigón (efecto Hoyer). Las partes libres de tensión de las fibras que sobresalen del elemento estructural de hormigón pueden cortarse y retirarse junto con los elementos de retención. En el elemento estructural de hormigón pretensado, el tensado previo se genera por lo tanto debido a la tensión de las fibras embebidas en el hormigón.
La unión entre las fibras y el hormigón puede ser reforzada por diversos medios, por ejemplo aumentando la rugosidad superficial de las fibras. En un ejemplo, esta unión está realizada de tal manera que la fuerza de tracción de dimensionamiento completo puede transmitirse a través de la conexión mecánica de cizallamiento después de 200 mm, en particular después de 100 mm, más en particular después de 70 mm, longitud de empotramiento (es decir, de la longitud empotrada de las fibras).
Según la invención, las fibras son de carbono. Las fibras de carbono tienen la ventaja de que son muy duraderas, es decir, no pierden mucha resistencia ni siquiera con el paso de las décadas. Las fibras de carbono también son resistentes a la corrosión, en concreto no se corroen en la superficie de los elementos estructurales de hormigón y son prácticamente invisibles. Esto significa que las fibras de carbono pueden dejarse a menudo en la superficie de los elementos estructurales de hormigón. Sin embargo, también pueden retirarse con facilidad, por ejemplo, rompiéndolos o simplemente desprendiéndolos.
La fijación de las fibras "en" los elementos de retención incluye una amplia variedad de opciones de fijación, en particular también la fijación de las fibras "a" o "sobre" los elementos de retención, por ejemplo la laminación de las fibras sin un recubrimiento adicional.
Sorprendentemente, la solución según la invención consigue tanto un pretensado elevado de los elementos estructurales de hormigón como una manipulación eficaz, fiable y sencilla de los elementos de retención. Esto significa que los elementos estructurales de hormigón pueden fabricarse de forma especialmente rentable. En concreto, se consigue lo siguiente:
Como las fibras entran en los elementos de retención en línea prácticamente recta con respecto a su dirección longitudinal, es decir, las fibras continúan uniformemente, se evitan en gran medida las tensiones transversales en las fibras. Estas tensiones transversales suelen provocar la rotura de las fibras y se producen, por ejemplo, en pliegues, atascos o radios de curvatura cerrados, es decir, normalmente en bandas de desviación, rodillos de desviación o pasadores guía. Gracias a la fijación de las fibras según la invención con la buena transferencia de las fuerzas actuantes al elemento de retención, se puede conseguir una elevada fuerza de tracción y, con ello, un elevado pretensado de los elementos estructurales de hormigón sin aumentar el riesgo de rotura. Esto es particularmente ventajoso para las fibras de carbono, especialmente las impregnadas, ya que son particularmente susceptibles a la rotura debido a las tensiones transversales.
En un ejemplo, las fibras de carbono pueden tensarse con una tensión de aproximadamente el 50 % a aproximadamente el 95 % de la tensión de rotura de las fibras. En otro ejemplo, las fibras pueden tensarse con al menos aprox. el 80 %, en particular con al menos aprox. el 90 % de la tensión de rotura de las fibras. Esto permite la fabricación rentable de elementos estructurales de hormigón muy estables, grandes y delgados. El pretensado elevado del elemento estructural de hormigón es especialmente ventajoso con fibras de carbono, ya que éstas tienen un comportamiento de expansión diferente al del hormigón.
Gracias a los elementos de refuerzo, se pueden fabricar elementos estructurales de hormigón grandes y delgados que prácticamente no se doblan bajo una carga. En un ejemplo, el espesor de la pieza de hormigón que se va a fabricar oscila entre unos 10 mm y 60 mm, en particular entre unos 15 mm y 40 mm. En otro ejemplo, la superficie del elemento de hormigón es de al menos aprox. 10 m x 5 m, en particular de al menos aprox. 10 m x 10 m, en particular de al menos aprox. 15 m x 15 m. En otro ejemplo, la longitud del elemento de hormigón es de al menos aprox. 6 m, en particular de al menos aprox. 12 m.
Además, los elementos de refuerzo se pueden fabricar como productos intermedios en una primera ubicación, embalarlos en contenedores de transporte adecuados si es necesario, y transportarlos a otra ubicación para la fabricación de las piezas de hormigón. En la otra ubicación, por ejemplo en una planta de fabricación de hormigón, los elementos de retención suministrados están disponibles directamente como componentes prefabricados.
Además, la unión de las fibras a los elementos de sujeción crea una unidad robusta que ocupa poco espacio y es fácil de transportar.
En una realización, las fibras son fibras individuales y/o comprenden uno o más roving, en particular roving de carbono. Esto permite fabricar elementos estructurales de hormigón especialmente estables y ligeros. Las fibras individuales son fibras individuales que no están directamente unidas. Esto contrasta con una disposición de fibra continua en la que las partes recíprocas de la disposición de fibra están unidas mediante bucles.
El término "roving" se refiere a un haz de filamentos estirados. Un roving de este tipo, también conocido como hilo estirado, se compone normalmente de varios miles de filamentos, en particular de aproximadamente 2.000 a aproximadamente 16.000 filamentos. El roving distribuye las fuerzas de tracción que actúan sobre las fibras de forma muy uniforme entre un gran número de filamentos, de tal modo que se evitan en gran medida los picos de carga locales.
Además, los filamentos del roving tienen un diámetro de fibra pequeño, de tal modo que se consigue de manera correspondiente una relación superficie-diámetro grande y, por lo tanto, una buena unión entre el hormigón y los filamentos. Además, se consigue una buena transferencia del esfuerzo cortante y una buena distribución de la carga de tracción en el hormigón.
En un ejemplo, las fibras están hechas de una disposición de varios roving, que comprende de 2 a 10, en particular de 2 a 5, roving individuales. Por lo tanto, estas fibras tienen entre 4.000 y 160.000.000 filamentos aproximadamente.
En una configuración, los elementos de retención tienen elementos de guía para las fibras, en particular un dispositivo de sujeción y/o un soporte para laminar las fibras en la región final, en particular una matriz polimérica reforzada con fibras, más en particular una matriz de poliéster. Estos elementos de guía garantizan una buena transmisión de potencia. Además, el laminado crea una unidad especialmente robusta y que ahorra espacio. Los elementos de retención también se pueden diseñar como cinta adhesiva de doble cara.
En una configuración, las fibras de los elementos de retención forman una capa sustancialmente plana y, en particular, están dispuestas en gran parte paralelas y/o en gran parte uniformemente espaciadas entre sí. De este modo, el elemento de refuerzo adquiere la forma de una pista o arpa. Esta forma es fácil de apilar o enrollar, si es necesario usando hojas intermedias para mantener separadas las respectivas fibras. Esto significa que los elementos de refuerzo son fáciles de transportar.
Un elemento de refuerzo en forma de arpa de este tipo tiene la ventaja sobre una rejilla de que no se producen nudos y por lo tanto se pueden alcanzar cargas de tracción muy elevadas. Además, ya no son necesarios complicados pasos de producción, tales como el tejido o el trenzado, y existe un alto grado de flexibilidad en cuanto a la anchura de las bandas, ya que no se necesitan máquinas para fabricar una rejilla. Esto facilita la fabricación de los llamados "productos sin fin", tanto en longitud como en anchura.
En una configuración, el elemento de refuerzo tiene espaciadores adicionales que unen las fibras entre sí, por ejemplo en forma de hilos cruzados y/o de un tejido, de tal modo que hay un espacio entre las fibras individuales incluso si el elemento de refuerzo no está tensado o sólo lo está parcialmente. Esto evita en gran medida o por completo que las fibras no tensadas se enreden. Por lo tanto, estos separadores sirven de ayuda para el montaje y/o el transporte. Cuando se colocan en hormigón, los separadores no soportan prácticamente ninguna carga de tracción.
En una configuración, el espaciado de refuerzo es de aprox. 5 mm a aprox. 40 mm, en particular de aprox. 8 mm a aprox.
25 mm, y/o al menos 10, en particular al menos 40, fibras están fijadas en cada uno de los elementos de retención. Por ejemplo, la separación entre refuerzos, es decir, la distancia entre dos fibras vecinas, es inferior o igual a dos veces el espesor del elemento estructural de hormigón.
En una configuración, las fibras están impregnadas de un polímero resistente a los álcalis, en particular con una resina, más en particular con una resina de éster de vinilo. El resultado es una mayor resistencia a la tracción de las fibras.
En una configuración , las fibras están recubiertas con un material granular, en particular arena. Esto mejora la unión entre las fibras y el hormigón y, por lo tanto, aumenta la resistencia del pretensado en el elemento estructural de hormigón.
En una configuración, las fibras están unidas a los elementos de retención de tal manera que las fibras continúan en gran medida en línea recta en los elementos de retención en el estado tensado, en particular a lo largo de una distancia de al menos aproximadamente 5 mm, en particular de al menos aproximadamente 10 mm. Esto garantiza una buena transmisión de la fuerza entre las fibras y los elementos de retención.
En una configuración, los elementos de retención tienen un medio de distribución de la fuerza, en particular una curvatura y/o un perfilado, que discurre transversalmente a la dirección de las fibras. De este modo se consigue una buena distribución de las fuerzas actuantes y, por lo tanto, una elevada tensión de tracción y/o una baja carga sobre las fibras durante el tensado. Esto también reduce la longitud de unión, es decir, la longitud necesaria para fijar de forma segura las fibras a los elementos de retención.
En un ejemplo, la curvatura del elemento de retención es tal que cada una de las fibras curvadas definen planos dispuestos en gran medida paralelos, en particular perpendiculares a la posición de las fibras. Si las fibras están dispuestas en posición horizontal, por ejemplo, sus extremos se doblan verticalmente hacia abajo o hacia arriba.
En particular, el perfilado consigue una buena unión por fricción entre el elemento de retención y el dispositivo de sujeción. Esto permite reducir la presión sobre el elemento de retención y/o las fibras. En un ejemplo, el perfilado se dispone en al menos una de esas superficies del elemento de retención que se proporciona para fijar el elemento de retención en un dispositivo de sujeción. En otro ejemplo, el perfilado es ondulado o dentado, en particular tiene forma de diente de sierra.
En una configuración del elemento de refuerzo, su anchura es superior a 0,4 m, en particular superior a 0,8 m, y/o su longitud es superior a 4 m, en particular superior a 12 m. Esto permite la fabricación eficiente de grandes elementos estructurales de hormigón. Por ejemplo, se puede fabricar una losa de hormigón de 20 m x 20 m en un ciclo de trabajo.
Otro aspecto parcial de la invención se refiere a un procedimiento para fabricar un elemento de refuerzo para elementos estructurales de hormigón pretensado, en donde el procedimiento comprende las etapas de:
• preparación de fibras tensadas juntando una pluralidad de fibras espaciadas; y
• sujeción de un elemento de retención a las fibras tensadas, en particular por apriete y/o laminación, con el fin de fijar las fibras en su disposición mutua, en particular en lo que respecta al espaciado y/o la alineación.
Esto permite procesar las fibras en gran medida en paralelo, consiguiendo así una fabricaciónb muy eficiente del elemento de refuerzo y una disposición ventajosa de las fibras, especialmente en lo que respecta al uso posterior del elemento de refuerzo, concretamente para tensar las fibras antes y durante el hormigonado.
En un ejemplo, el elemento de retención se corta a través después de ser unido a las fibras, en particular en el centro, de tal modo que las dos secciones producidas a su vez forman dos elementos de retención para dos elementos de refuerzo fabricados sucesivamente. La primera sección forma el extremo de un primer elemento de refuerzo y la segunda sección forma el inicio del siguiente elemento de refuerzo.
En otro ejemplo, el elemento de retención está realizado como un elemento de retención doble, con una zona intermedia abierta entre las dos partes del elemento de retención doble en la que están expuestas las fibras. La mencionada separación del elemento de retención puede conseguirse simplemente separando las fibras en esta zona intermedia, por ejemplo, rompiéndolas. Esto garantiza una separación eficaz durante la fabricación de los elementos de refuerzo, especialmente durante la fabricación en serie.
En una configuración del procedimiento para fabricar el elemento de refuerzo, se sujeta el elemento de retención durante la extracción conjunta de las fibras, en particular moviendo el elemento de retención en sincronización con el movimiento de las fibras. El resultado es una fabricación muy eficiente, sobre todo en la fabricación en serie de los elementos de refuerzo.
En una configuración del procedimiento para fabricar el elemento de refuerzo, el elemento de retención se fija uniendo una parte superior y una parte inferior del elemento de retención desde lados opuestos de las fibras, en particular uniendo esteras de fibra de vidrio.
En otra configuración del procedimiento para fabricar el elemento de refuerzo, se disponen las fibras colocándolas sobre una primera parte del elemento de retención y se las fibras se fija añadiendo una segunda parte del elemento de retención y presionando una contra otra estas dos partes. De este modo, las fibras quedan firmemente encerradas por los elementos de retención, lo que se traduce en una sujeción especialmente fuerte y robusta.
Además, la presente invención se refiere a un elemento estructural de hormigón pretensado, en particular una losa de hormigón, que se ha fabricado usando al menos un elemento de refuerzo, en el que preferentemente el pretensado del elemento estructural de hormigón es al menos el 80 %, en particular al menos el 90 %, de la tensión de rotura de las fibras.
En un ejemplo, este elemento estructural de hormigón se fabrica usando una pluralidad de elementos de refuerzo según la invención, en particular dispuestos en grupos. La disposición agrupada garantiza una mejor adaptación a las condiciones del elemento estructural de hormigón. La agrupación puede lograrse mediante una o varias distancias horizontales y/o verticales o mediante una disposición angular, en particular en ángulo recto.
En un ejemplo, las fibras se tensan previamente mediante un tensado sección por sección, en particular individualmente para cada uno de los elementos de refuerzo usados. Esto permite ajustar con flexibilidad la precarga a las necesidades específicas.
En un ejemplo, la separación entre refuerzos, es decir, la distancia entre dos fibras vecinas, es inferior o igual a dos veces el espesor del elemento estructural de hormigón, en particular inferior o igual a dos veces el espesor de la losa.
Tal como se ha mencionado al principio, la presente invención se refiere, entre otras cosas, a un procedimiento para fabricar un elemento estructural de hormigón pretensado, en el que el procedimiento se lleva a cabo según la reivindicación 1.
De este modo se consigue un trabajo de preparación muy eficiente y fácil de manejar y, por lo tanto, una fabricación rentable del elemento estructural de hormigón. En particular, no es necesario realizar trabajos de tendido de fibras individuales, que son largos y complicados, especialmente los trabajos de trenzado más intrincados. Así, el procedimiento según la invención es muy adecuado para los procesos de fabricación en una planta de producción de elementos estructurales de hormigón.
El procedimiento según la invención es particularmente adecuado para la fabricación de grandes elementos estructurales de hormigón pretensado, por ejemplo para losas de hormigón de aprox. 20 m de anchura y aprox. 20 m de longitud. En un paso de trabajo posterior, estos grandes elementos estructurales de hormigón pretensado pueden ser divididos en elementos estructurales de hormigón pretensado más pequeños, ya que el pretensado de los elementos estructurales de hormigón siempre se mantiene durante la división. Los elementos estructurales de hormigón más pequeños pueden ser personalizados, por ejemplo, mediante aserrado, fresado CNC o corte por chorro de agua, para fabricar paneles de suelo con formas especiales, peldaños de escaleras o paneles para mesas de ping-pong. Una subdivisión de este tipo se puede conseguir -tal como se describe con más detalle a continuación- usando elementos separadores, en particular una espuma.
En otra configuración del procedimiento según la invención para fabricar el elemento estructural de hormigón pretensado, se prepara el al menos un elemento de refuerzo disponiendo una pluralidad de los elementos de refuerzo en una capa, en particular colocándolos en gran parte paralelos y/o adyacentes entre sí. Esto permite montar grandes superficies de manera eficaz.
La configuración del procedimiento según la invención para fabricar el elemento estructural de hormigón pretensado tiene lugar proporcionando el al menos un elemento de refuerzo mediante la disposición de los elementos de refuerzo en al menos dos capas, en el que la alineación de los elementos de refuerzo en capas vecinas tiene lugar en ángulo, en particular en gran medida en ángulo recto. Esto garantiza una instalación eficaz y flexible de refuerzos complejos. Por ejemplo, el al menos un elemento de refuerzo se realiza mediante la superposición de varios de los elementos de refuerzo. En otra configuración del procedimiento según la invención para fabricar el elemento estructural de hormigón pretensado, éste comprende adicionalmente el paso de introducir un elemento separador, en particular una espuma, antes de hormigonar el elemento estructural de hormigón. De este modo se consigue una subdivisión efectiva del elemento estructural de hormigón. En concreto, la espuma ofrece una subdivisión muy flexible, fácil de usar y rentable. Como función adicional, la espuma proporciona una ayuda para posicionar las fibras y/o fijarlas durante el hormigonado. También se puede usar un material sólido como elemento separador, por ejemplo caucho o poliestireno.
En otra configuración del procedimiento anterior para fabricar el elemento estructural de hormigón pretensado, éste comprende adicionalmente la etapa de separar el elemento estructural de hormigón después del hormigonado, en particular mediante rotura y/o aserrado. Dado que la espuma no contribuye significativamente a la resistencia, las subdivisiones individuales del elemento estructural de hormigón prácticamente sólo se mantienen unidas por medio de las fibras. Esto significa que los elementos estructurales de hormigón se pueden fácilmente, en particular mediante una simple rotura. Es una forma cómoda y muy eficaz de dividir la unidad en partes fácilmente manejables. Por ejemplo, estas piezas pueden distribuirse desde una planta de fabricación de elementos estructurales de hormigón a otros centros de trabajo, y allí se moldean para darles su forma final. Cabe señalar expresamente que cualquier combinación de los ejemplos y de las formas de realización mencionados, o combinaciones de combinaciones, pueden ser objeto de otra combinación. Sólo se excluyen las combinaciones que llevarían a una contradicción.
A continuación, se describen con más detalle, a modo de ejemplo, una selección de otras variantes de reralización concebibles de la invención y otras variantes de realización concebibles de aspectos parciales de la invención.
Otros ejemplos de realización de la presente invención o aspectos (parciales) de la presente invención se explican con más detalle a continuación con referencia a las figuras. Se muestra:
Fig. 1 una representación esquemática simplificada de un ejemplo de realización del elemento de refuerzo 10 según la invención con fibras de carbono 12, que se puede tensar mediante dos soportes 14;
Fig. 2 una vista esquemática en detalle simplificada de un soporte 14 según la Fig. 1;
Fig. 3 una representación esquemática simplificada de un estado intermedio en la fabricación de una losa de hormigón pretensado 20 mediante una pluralidad de elementos de refuerzo 10 según la Fig. 1;
Fig. 4 una vista lateral esquemática simplificada del soporte 14 según la Fig. 2;
Fig. 5 una representación esquemática simplificada según la Fig. 3, pero adicionalmente con una espuma de construcción 40 para subdividir la losa de hormigón 20 y fijar las fibras de carbono 12; y
Fig. 6 una vista lateral esquemática simplificada del soporte 14 tal como se muestra en la Fig. 2, aunque éste presenta una curvatura.
Las siguientes realizaciones son ejemplos y no pretenden limitar la invención en modo alguno.
La Fig. 1 muestra una representación esquemática simplificada de un ejemplo de realización de un elemento de refuerzo 10 en estado estirado. Un elemento de refuerzo 10 de este tipo se usa para fabricar elementos estructurales de hormigón pretensado.
El elemento de refuerzo 10 comprende diez fibras individuales, que en este ejemplo están realizadas como fibras de carbono 12 (sólo parcialmente mostradas), y dos elementos de retención en forma de dos soportes 14. Los soportes 14 están dispuestos a distancia unos de otros y están unidos entre sí por medio de las diez fibras de carbono 12. Las fibras de carbono 12 pueden tensarse en su dirección longitudinal T separando los soportes 14.
Las fibras de carbono 12 se fijan en los soportes 14 de tal manera que las fibras de carbono estiradas 12 finalizan en línea recta en los soportes 14. Además, las fibras de carbono 12 forman una capa sustancialmente plana en la que las fibras de carbono 12 están dispuestas de manera sustancialmente paralela y espaciadas entre sí de manera sustancialmente uniforme. De este modo, el elemento de refuerzo 10 adquiere la forma de un arpa. En este ejemplo, la distancia entre los refuerzos, es decir, la distancia entre las fibras de carbono 12 dispuestas en paralelo, es de aproximadamente 10 mm y, por lo tanto, la anchura del elemento de refuerzo 10 es de aproximadamente 10 cm.
Cada una de las fibras de carbono 12 comprende un roving de carbono, es decir, un haz de varios miles de filamentos estirados (aproximadamente de 2.000 a aproximadamente 16.000 filamentos) dispuestos unos junto a otros y esencialmente alineados de la misma manera. Estos filamentos y, por lo tanto, también las fibras de carbono 12 se impregnan con una resina resistente a los álcalis en forma de resina de éster de vinilo, de tal modo que las fibras de carbono 12 forman una unidad compacta, similar a un alambre metálico. La impregnación puede llevarse a cabo, por ejemplo, mediante un baño de inmersión a través del cual se arrastra el roving para producir las fibras de carbono 12.
Además, las fibras de carbono 12 se recubren con arena para conseguir una unión mejorada entre las fibras y el hormigón. En este ejemplo, con una longitud de incorporación de 100 mm, toda la fuerza de tracción dimensionada puede transmitirse a través de la unión mecánica de cizallamiento.
Además, cada uno de los soportes 14 tiene dos aberturas 16 (mostradas como líneas discontinuas) por medio de las cuales los soportes 14 pueden posicionarse sobre un dispositivo de sujeción (no mostrado). Con el dispositivo tensor, las fibras de carbono 12 pueden ser alineadas con precisión durante la fabricación de los elementos estructurales de hormigón, en particular sin inclinaciones horizontal y/o vertical. En otro ejemplo, el soporte 14 presenta un orificio o una pluralidad de orificios, en particular más de dos orificios, para colocar el soporte 14.
En un ejemplo, se usan materiales de bajo coste para fabricar el soporte 14. En la Fig. 2 se describe una composición de material de materiales a modo de ejemplo y la correspondiente fabricación del soporte 14. También se pueden usar otros materiales, ya que el soporte 14 no forma parte del elemento estructural de hormigón que se va a fabricar y suele separarse y retirarse tras el hormigonado.
La Fig. 2 muestra una vista esquemática en detalle simplificada de un soporte 14 según la Fig. 1.
El soporte 14, también denominado parche, comprende una matriz polimérica reforzada con fibras en forma de matriz de poliéster, con fibras incluidas en el mismo, en forma de dos esteras de fibra de vidrio. Esta matriz de poliéster envuelve las fibras de carbono estiradas 12 en sus zonas extremas. Por ejemplo, el tamaño de esta matriz de poliéster es de aproximadamente 10 cm x 10 cm y el grosor total es de aproximadamente 2 mm. En otro ejemplo, la dilatación lineal de la matriz de poliéster en la dirección de las fibras de carbono 12 está comprendida entre aproximadamente 10 cm y aproximadamente 20 cm. Las esteras de fibra forman una capa inferior y otra superior, entre las que se disponen las fibras de carbono estiradas 12, que se fijan mediante laminación con poliéster. Así pues, la matriz de poliéster forma un elemento de guía rectilíneo para las fibras de carbono 12 (indicadas con líneas discontinuas), por lo que las fibras de carbono 12 continúan en gran medida en línea recta dentro de la matriz de poliéster, es decir, dentro del soporte 14. Mediante el soporte 14, las fibras de carbono 12 se fijan en su disposición mutua, es decir, en posición plana, en gran medida paralelas y separadas uniformemente.
Los extremos de las fibras de carbono 12 sobresalen un poco más allá de los soportes 14 en el lado de salida de los soportes 14. Sin embargo, las fibras 12 también pueden terminar en el soporte 14 o a ras de su superficie, por ejemplo si el soporte 14 ha sido separado de una unidad mayor.
Por ejemplo, un soporte 14 de este tipo se fabrica mediante los pasos siguientes:
• Suministro de una pluralidad de roving de carbono adyacentes y espaciados extrayendo, de manera prácticamente simultánea, los roving de carbono de un número correspondiente de rollos de suministro;
• Impregnación de los roving de carbono haciendo pasar los roving de carbono por un baño de inmersión en resina de éster vinílico, de tal modo que los roving de carbono formen fibras de carbono compactas 12;
• Tracción conjunta de las fibras de carbono 12, en caso necesario mediante un soporte 14 previamente colocado, de tal modo que las fibras de carbono 12 se tensen;
• Aplicación de dos esteras de fibra de vidrio impregnadas de poliéster a las fibras de carbono tensadas 12, una desde abajo y otra desde arriba;
• Unión de las dos esteras de fibra de vidrio, si es necesario con la adición de una cantidad adicional de poliéster, de tal modo que las esteras de fibra de vidrio impregnadas y el poliéster encierren las fibras de carbono tensadas 12; y
• Dejar que el poliéster se endurezca para que las fibras de carbono 12 queden bloqueadas por fricción en el soporte 14.
Por medio de este proceso de laminación el soporte 14 forma una unidad compacta y robusta junto con las fibras de carbono 12.
La Fig. 3 muestra una representación esquemática simplificada de una etapa intermedia en la fabricación de una losa de hormigón pretensado 20, por ejemplo en una fábrica de losas prefabricadas de hormigón. El estado intermedio corresponde a una disposición posterior a la finalización de los trabajos preparatorios, pero anterior al hormigonado de la losa de hormigón 20.
La disposición comprende una mesa de hormigonado (no representada), un armazón hueco 30 dispuesto sobre la misma y una pluralidad de elementos de refuerzo 10 idénticos según la invención (en algunos casos sólo indicados esquemáticamente). Junto con la superficie de la mesa de hormigonado, el armazón hueco 30 forma un molde para el hormigón, también conocido como lecho de sujeción.
Cada uno de los elementos de refuerzo 10 tiene una pluralidad de fibras de carbono 12 (en aras de la claridad, en algunos casos sólo se muestran las fibras exteriores) y dos soportes 14 y corresponden en gran medida en su estructura a los elementos de refuerzo 10 según la Fig. 1. En este ejemplo, sin embargo, la longitud de las fibras de carbono 12 es de aprox. 20 m y la anchura de los soportes 14 es de aprox. 1 m. La separación de los refuerzos corresponde al ejemplo anterior, es decir, como en la Fig. 1, aprox. 10 mm, de tal modo que en cada uno de los soportes 14 se fijan aprox. 100 fibras de carbono 12.
Al disponer los elementos de refuerzo 10, se separan cada uno de los soportes 14 de tal modo que las fibras de carbono 12 del armazón hueco 30 se encuentran en un estado estirado. Las fibras de carbono 12 son conducidas hacia el exterior a través del armazón hueco 30, de tal modo que los extremos de las fibras de carbono 12 y los soportes 14 queden fuera del armazón hueco 30, por ejemplo a una distancia de 30 cm del armazón hueco 30. En el caso de un armazón hueco 30 de dos partes, los canales de paso también pueden estar formados por los huecos correspondientes entre la parte inferior y la parte superior del armazón hueco 30. El armazón hueco 30 está formado por varios listones superpuestos, de tal modo que las fibras de carbono 12 se puedan conducir a través de los espacios entre los listones individuales. Los huecos también pueden sellarse con gomaespuma y/o pelo de cepillo. En un ejemplo, la altura de las molduras superpuestas es de 3 mm, 12 mm y 3 mm.
En la disposición mostrada, la primera mitad de los elementos de refuerzo 10 está en una primera capa, paralela y adyacente entre sí, y la segunda mitad de los elementos de refuerzo 10 está en una segunda capa, también paralela y adyacente entre sí, pero en ángulo recto con respecto a los elementos de refuerzo 10 de la primera capa. De este modo, los elementos de refuerzo 10 se apilan en capas separadas y se alinean en ángulo recto en las dos capas vecinas. Por lo tanto, los elementos de refuerzo 10 forman tanto un refuerzo longitudinal como un refuerzo transversal, pero sin entrelazamiento individual de las fibras de carbono individuales 12.
Una vez dispuestos los elementos de refuerzo 10, los soportes 14 se separan, por ejemplo usando un dispositivo tensor, también conocido como sistema de pretensado, o manualmente usando una llave dinamométrica (no mostrada). Por ejemplo, se genera una tensión de al menos aprox. 30 kN/m o de al menos aprox. 300 kN/m, en función de los requisitos de carga de la losa de hormigón (fuerza de dimensionamiento).
A continuación, en la situación mostrada, se puede verter hormigón en el armazón hueco 30 preparado de esta manera para hormigonar la losa de hormigón 20 en una sola operación.
Las partes de las fibras de carbono tensadas 12, que se encuentran situadas en el armazón hueco 30, quedan encerradas por el hormigón y, por lo tanto, fraguadas en hormigón. El hormigón fino SCC (al menos C30/37 según la norma SIA SN505 262), que puede fluir fácilmente a través de los huecos entre las fibras de carbono 12, es particularmente adecuado. No obstante, el hormigón también puede ser pulverizado o nivelado en el armazón hueco 30 y distribuido uniformemente mediante vibración.
Una vez que el hormigón se ha endurecido, la losa de hormigón 20 puede ser retirada del armazón hueco 30. Las fibras de carbono incrustadas 12 forman el refuerzo estático de la losa de hormigón 20. Las partes de las fibras de carbono 12 que sobresalen del hormigón se rompen en los bordes de la losa de hormigón 20 y son retiradas junto con los soportes 14. En este ejemplo, la losa de hormigón fabricada tiene un tamaño aproximado de 6 m x 2,5 m y el contenido de refuerzo de esta losa de hormigón 20 es superior a 20 mm2/m de ancho. En otro ejemplo, la losa de hormigón fabricada tiene unas dimensiones aproximadas de 7 m x 2,3 m.
La Fig. 4 muestra una vista lateral esquemática simplificada de un soporte 14 según la Fig. 2. Las fibras de carbono 12 finalizan directamente en el soporte 14. Además, las fibras de carbono 12 continúan en línea recta dentro del soporte 14, de tal modo que el soporte 14 forma una guía recta para las fibras de carbono 12. En este ejemplo, la dilatación lineal del soporte 14 en la dirección de las fibras de carbono 12 es de aproximadamente 3 cm.
El soporte 14 también puede tener un perfilado 16 (línea discontinua). En este ejemplo, un perfil dentado 16 está dispuesto en una primera superficie (superior) y en la superficie opuesta (inferior) del soporte 14. Estas superficies están destinadas a fijar el soporte 14 en un dispositivo de sujeción (no representado), por ejemplo mediante apriete. Por medio del perfil dentado 16 se crea una unión por fricción entre el soporte 14 y el dispositivo de sujeción en forma de dentado.
La Fig. 5 muestra una ilustración según la Fig. 3, pero los elementos de refuerzo 10 se subdividen adicionalmente espumando una espuma de construcción 40 (mostrada como una línea ondulada) como elemento separador, tanto en la base del molde hueco como debajo y encima de las fibras de carbono 12. Esta subdivisión significa que ninguna o sólo una cantidad insignificante del hormigón vertido puede penetrar en el espacio rellenado por la subdivisión. Esto significa que sólo se hormigonan los espacios parciales del armazón hueco con las piezas de fibra en su interior. Además, la espuma de construcción 40 fija las fibras durante el hormigonado.
Una vez que el hormigón se ha endurecido, la losa de hormigón 20 puede ser rota en losas brutas individuales a lo largo de las subdivisiones de espuma de construcción. A continuación, se pueden seguir procesando estas losas en bruto, por ejemplo usando una sierra circular, para darles la forma deseada.
En este ejemplo, la losa de hormigón producida mide aprox. 20 m x aprox. 20 m y tiene aprox. 20 mm de espesor. Al separar la losa de hormigón 20 según la subdivisión con la espuma de construcción 40, se producen 24 losas más pequeñas con un tamaño de aprox. 5 m x aprox. 3 m. Estas losas más pequeñas se pueden serrar para formar, por ejemplo, 3 mesas de ping-pong. Estas losas más pequeñas pueden ser serradas, por ejemplo, para formar 3 mesas de ping-pong.
La Fig. 6 muestra una vista lateral esquemática simplificada de un soporte 14 como el mostrado en la Fig. 2, aunque éste tiene un medio de distribución de fuerza en forma de una curva 18. Las fibras de carbono 12 se abren en línea recta hacia el interior del soporte 14 y luego discurren por el interior del soporte 14, correspondiendo a la curvatura 18 del soporte 14, también con una curvatura. Las fibras de carbono 12 se fijan en la zona de entrada del soporte 14 de tal manera que las fibras de carbono 12 continúan en gran medida en línea recta hacia el interior del soporte 14 a lo largo de una distancia d de 10 mm. Esta forma garantiza tanto una buena introducción de las fibras en el soporte 14 como una distribución uniforme de las fuerzas que hay que absorber.
Claims (15)
1. Procedimiento de fabricación de un elemento estructural de hormigón pretensado (20) que comprende, preferentemente en el orden siguiente, las etapas de:
- Provisión de al menos un elemento de refuerzo (10) que comprende una pluralidad de fibras de carbono (12) y varios elementos de retención extraíbles (14), que están unidos entre sí por las fibras de carbono (12), de tal modo que las fibras de carbono (12) pueden ser tensadas en su dirección longitudinal (T) por medio de los elementos de retención (14), en donde las fibras de carbono (12) están sujetas a los elementos de retención (14) de tal manera que las fibras de carbono (12) en estado tensado finalizan en los elementos de retención (14) en gran medida en línea recta, las fibras de carbono (12) presentan un área de sección transversal neta inferior a 5 mm2 , y las fibras de carbono (12) están sujetas a los elementos de retención (14) por laminación o por laminación y apriete y están fijadas en su disposición mutua; -Tensado de las fibras de carbono (12) del elemento de refuerzo (10) separando los elementos de retención (14) asociados en su dirección longitudinal (T); y
- Hormigonado del elemento estructural de hormigón (20) con incrustación al menos parcial de las fibras de carbono (12) tensadas.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la provisión del al menos un elemento de refuerzo se lleva a cabo disponiendo varios elementos de refuerzo (10) en al menos una capa, en particular colocándolos juntos en gran parte paralelos y/o adyacentes entre sí, y/o en el que el la provisión del al menos un elemento de refuerzo (10) se lleva a cabo disponiendo los elementos de refuerzo (10) en al menos dos capas, llevándose a cabo la alineación de los elementos de refuerzo (10) en capas adyacentes en ángulo, en particular en gran parte en ángulo recto.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el tensado de las fibras de carbono (12) del elemento de refuerzo (10) se realiza por tensado sección por sección, en particular tensado individual para cada uno de los elementos de refuerzo usados.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende:
- Incorporación de un elemento separador, en particular una espuma (40) o un material sólido tal como, en particular, caucho o poliestireno, antes del hormigonado del elemento estructural de hormigón (20).
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las fibras de carbono (12):
- son fibras individuales; y/o
- comprenden uno o más roving, en particular roving de carbono; y/o
- forman una capa esencialmente plana en los elementos de retención (14).
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los elementos de retención (14) presentan elementos de guía para las fibras (12), en particular un dispositivo de apriete y/o un soporte para laminar las fibras de carbono (12) en la región de los extremos, en particular además una matriz polimérica reforzada con fibras, en particular además una matriz de poliéster.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el tensado de las fibras de carbono (12) se lleva a cabo con una tensión de aproximadamente el 50 % a aproximadamente 95 % de la tensión de rotura de las fibras de carbono, en particular con al menos aproximadamente el 80 % de la tensión de rotura de las fibras de carbono, además en particular con al menos aproximadamente el 90 % de la tensión de rotura de las fibras de carbono.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que:
- las fibras de carbono (12) de los elementos de retención (14) están dispuestas en gran parte paralelas entre sí; y/o - las fibras de carbono (12) de los elementos de retención (14) están dispuestas separadas una distancia sustancialmente uniforme entre ellas; y/o
- la distancia entre los refuerzos es de aprox. 5 mm a aprox. 40 mm, en particular de aprox. 8 mm a aprox. 25 mm; y/o - al menos 10, en particular al menos 40, fibras (12) están sujetas en cada uno de los elementos de retención (14).
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las fibras de carbono (12) están sujetas a los elementos de retención (14) de tal manera que, en el estado tensado, las fibras de carbono (12) se continúan en los elementos de retención (14) en gran medida en línea recta, en particular sobre una distancia (d) de al menos unos 5 mm, más en particular de al menos unos 10 mm.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los elementos de retención (14) presentan un medio para la distribución de la fuerza, en particular una curvatura (18) y/o un perfilado (16), que se extiende en particular transversalmente a la dirección de las fibras de carbono (12).
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las fibras de carbono (12) forman una capa sustancialmente plana, en la que las fibras de carbono (12) están dispuestas sustancialmente paralelas y sustancialmente espaciadas de manera uniforme entre ellas, de tal manera que el elemento de refuerzo (10) tiene forma de arpa y no es una rejilla.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la provisión comprende al menos un elemento de refuerzo (10):
- Provisión de fibras de carbono (12) tensadas estirando juntas una pluralidad de fibras de carbono (12) espaciadas entre ellas; y
- Sujeción de un elemento de retención (14) a las fibras de carbono (12) tensadas, mediante laminación o apriete y laminación, con el fin de fijar las fibras de carbono (12) en su disposición mutua, en particular con respecto al espaciado y/o a la alineación, en donde la sujeción del elemento de retención (14) se lleva a cabo en particular durante el estirado conjunto de las fibras de carbono (12), además en particular mediante el movimiento del elemento de retención (14) en sincronismo con el movimiento de las fibras de carbono (12).
13. Procedimiento según la reivindicación 12, en el que después de la sujeción del elemento de retención (14) a las fibras de carbono (12) tensadas, se corta el elemento de retención.
14. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que, después de hormigonar el elemento estructural de hormigón (20), las partes de las fibras de carbono (12) que sobresalen del hormigón se rompen en los bordes del elemento estructural de hormigón (20) y se retiran junto con los elementos de retención (14).
15. Elemento estructural de hormigón (20), en particular una losa de hormigón, fabricada por el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1-14, que comprende una pluralidad de fibras de carbono (12) tensadas en su dirección longitudinal (T), en el que:
- las fibras de carbono (12) presentan una sección transversal neta inferior a 5 mm2; y
- las fibras de carbono forman al menos dos capas, en donde la orientación de las fibras de carbono de las capas adyacentes están se lleva a cabo en ángulo.
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