ES2217805T3 - Viga pretensada con fuerza de tension ajustable. - Google Patents

Abstract

Una viga que comprende una ala superior (28) para soportar un pavimento superior de un puente o un edificio, una parte del alma (22) y una ala inferior (24), estando la mencionada viga (40) pretensada por cables de acero (26) bajos tracción dispuestos en una dirección longitudinal de la mencionada viga (40) y tensados para compensar una fuerza de resistencia a la carga: caracterizada porque al menos un cable de acero (27) sin tensar está dispuesto en la dirección longitudinal de la mencionada viga (40), de forma que la fuerza de resistencia a la carga del mencionado puente o edificio pueda ser incrementada mediante el tensado del mencionado cable de acero (27) sin tensar.

Description

Viga pretensada con fuerza de tensión ajustable.

Vigas pretensadas.

Esta invención está relacionada con las vigas pretensadas.

En general, cuando las vigas instaladas sobre una columna de un puente de hormigón llegan a ser obsoletas conforme pasa el tiempo o bien en el caso de pasan sobre el puente vehículos pesados que exceden del margen del peso diseñado originalmente durante un periodo de tiempo prolongado, la viga del puente puede llegar a dañarse y puede provocarse una flecha excesiva de flexión en las vigas. Concurrentemente, se generan grietas de doblado/tensión, y cuando dicho daño continua, el puente puede finalmente hundirse. Así pues, se precisa de una reparación y de un reforzamiento apropiados del puente.

Son conocidos la reparación y el reforzamiento de un puente de hormigón pretensado (PSC), por los medios de un método de construcción de reforzamiento de cables de acero externos (documento US-5671572A). En dicho método, se encuentra fijado debidamente un cable de acero instalado externamente en una parte extrema de una viga. No obstante, es difícil instalar un aparato de fijación de cables en la parte extrema de una viga, y estando asegurada la fiabilidad del aparato de fijación del cable con respecto a la fuerza de resistencia a la carga. Así pues, aunque se han sugerido otros métodos aplicados, no se ha desarrollado todavía un aparato efectivo todavía. Es decir, cuando se producen grietas y flecha por flexión en un puente PSC, es muy difícil reparar y reforzar el puente.

Así mismo, conforme se incrementa continuamente el volumen de tráfico y se desarrollan las tecnologías de fabricación de los automóviles, aumentan los pesos de los vehículos. Con dicho incremento en los pesos de los vehículos, tienen que ser modificadas las especificaciones estándar para el diseño de un puente. Dichas modificaciones pueden dar lugar a estados no equilibrados de resistencias de las cargas, es decir, las fuerzas de resistencia de las cargas de los puentes existentes no están adaptadas. En otras palabras, en une estado en el que existen carreteras que permiten el paso de camiones pesados, que existen conjuntamente con carreteras que no permiten el paso de camiones pesados, ha descendido notablemente la eficiencia del sistema de la red de transporte considerado globalmente. Así pues, para hacer consistente las fuerzas de resistencia de las cargas no equilibradas de estos puentes, tiene que encontrarse urgentemente un método de reforzamiento económico para mejorar los niveles de los puentes en relación de 2 a 1.

Conforme el ancho de las carreteras aumenta debido a un incremento en el número de carriles, se ha procedido al desarrollo de una viga de un vano amplio para construir una carretera elevada o un paso elevado para atravesar una carretera ancha. Aunque se ha desarrollado una viga preflexionada y se ha utilizado para los fines anteriores, el transporte de la viga tiene inconvenientes debido la longitud de la misma y porque los costos son altos.

En la actualidad, el hormigón de alta resistencia se utiliza para vigas inferiores a 30 metros de longitud, la cual no es una viga de un vano ancho. No obstante, conforme se aplica una fuerza de tracción alta a la viga, llega a ser grande la magnitud de deformación generada. Conforme aumenta la deformación, la viga genera además una flecha por flexión, la cual afecta directamente al alineamiento longitudinal de la carretera. Cuando se deteriora el alineamiento longitudinal, se incrementa el coeficiente de impactos por los vehículos que pasan. Así pues, en el caso de una viga de alta resistencia o una viga de un vano amplio, cuando la viga se utiliza durante un periodo de tiempo largo, se precisa de un método de construcción apropiado para compensar la flecha por flexión de la viga.

Así mismo, la altura de la viga que grande en su vano es relativamente alta, de forma tal que la viga en sí tenga de 2 m a 3 m de altura. Tal hecho implica un incremento en la altura de una cubierta superior de un sobrepaso, de forma que para asegurar un alineamiento longitudinal del paso elevado que se adapte a la velocidad diseñada del vehículo, la longitud del paso elevado llegar a ser mayor, elevando así los costos de la construcción. En el caso de un puente que cruce un río, para rebajar la altura de la viga lo más baja posible, se precisa inevitablemente mejorar la utilización y el valor económico de la viga.

La figura 1 de los dibujos esquemáticos adjuntos es una vista en perspectiva para mostrar la estructura general de un puente. Tal como se muestra en el dibujo, se encuentran instaladas una pluralidad de vigas 12 del tipo I sobre una columna 10. El pavimento del puente (no mostrado) está instalado sobre las vigas 12 del puente.

La figura 2 de los dibujos esquemáticos adjuntos es una vista en sección que muestra una viga en la cual se encuentran dispuestos unos cables de acero de acuerdo con la tecnología convencional. Tal como se muestra en el dibujo, la viga 20 comprende una parte del alma 22, una ala superior 28, y una ala inferior 24. Se encuentra incrustada una pluralidad de cables de acero 26 en la parte del alma 22 en la dirección longitudinal. El pavimento superior del puente se instala sobre la ala superior 28 y la superficie inferior de la ala inferior 24, soportado por una columna 10 (como en la figura 1).

Después de haber construido la viga 20 del tipo I de acuerdo con la tecnología convencional, cuando el puente quede dañado, es decir, cuando se generen flechas por flexión o grietas debido al volumen de trafico incrementado que pasa sobre el puente, o cuando la carga de paso diseñada tenga que ser incrementada con una especificación revisada, será necesario el reforzamiento del puente. No obstante, no existen métodos aplicables de reforzamiento de tipo económico y fiables.

Las realizaciones preferidas de la presente invención están dirigidas a proporcionar vigas pretensadas en las que una fuerza de tracción pueda ser ajustada para incrementar fácilmente una fuerza de resistencia a la carga de un puente o edificio, cuando se generen flechas por flexión o grietas de nivel excesivo en una viga debido a la utilización de largo plazo o cuando exista la necesidad de incrementar la fuerza de resistencia a la carga del puente o edificio sin dañar el puente o el edificio.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona una viga que comprende una ala superior para soportar un pavimento superior de un puente o edificio, una parte del alma y una ala inferior, cuya viga está pretensada por cables de acero bajos tracción dispuestos en una dirección longitudinal de la mencionada viga y tensados para compensar la fuerza de resistencia a la carga:

en la que al menos un cable de acero sin tensión se encuentra provisto en la dirección longitudinal de la mencionada viga, de forma que la fuerza de resistencia a la carga del mencionado puente o edificio pueda ser incrementada por el tensado del mencionado cable de acero sin tensión.

En el contexto de esta especificación, y tal como se comprenderá a partir de la descripción expuestas más adelante con referencia a los dibujos adjuntos, el término cable "sin tensión" significa una cable que se instala inicialmente con una tensión cero o una tensión pequeña, para tensar en un ultimo instante con el fin de aumentar la tensión de los cables que fueron instalados inicialmente bajo una tensión significativa.

Preferiblemente, la viga comprende además una parte de corte abierto en una parte predeterminada en la dirección longitudinal de la mencionada viga, y un miembro de acoplamiento instalado en el mencionado corte abierto para acoplar los extremos de los mencionados cables de acero, en los que los extremos opuestos están fijados en las partes extremas de la mencionada viga.

Preferiblemente, el mencionado miembro de acoplamiento comprende un miembro de soporte que tiene agujeros formados en el mismo a través de los cuales penetran los extremos respectivos de los mencionados cables de acero, y las cuñas insertadas entre los mencionados cables de acero y el mencionado miembro de soporte.

Preferiblemente, un extremo de cada cable de acero no tensado está expuesto a una parte extrema respectiva de la mencionada viga para aplicar una fuerza de tracción.

Preferiblemente, la disposición es tal que la fuerza de resistencia a la carga del mencionado puente o edificio puede ser incrementada mediante el tensado de cada uno de los cables de acero no tensados durante la construcción de la mencionada viga y/o después de la construcción de la misma.

En dicha viga, durante la construcción, la fuerza de tracción de cada cable de acero no tensado puede ser ajustada durante o después de la realización del pavimento, y después de la construcción la fuerza de tracción de cada cable de acero no tensado puede ajustarse mientras que esté utilizando el mencionado puente o edificio.

Aunque la presente invención puede ser aplicada a cualquier tipo de viga sin importar la forma de la sección de la viga tal como una viga del tipo I o una viga de tipo T, la viga de tipo I está descrita en la realización preferida expuesta más adelante.

Para una mejor comprensión de la invención, y para mostrar la forma en que pueden realizare en la práctica las realizaciones de la misma, se hace referencia ahora a modo de ejemplo a las figuras 3 a 7 de los dibujos esquemáticos adjuntos, en los que:

la figura 3A es una vista en sección que muestra la disposición de los cables de acero en la parte intermedia de una viga de acuerdo con un ejemplo de la presente invención;

la figura 3B es una vista similar a la figura 3A, pero mostrando la disposición de los cables de acero de acuerdo con otro ejemplo de la presente invención;

la figura 4B es una vista en sección que muestra la disposición de los cables de acero en una parte extrema de la viga de la figura 3A;

la figura 4B es una vista en sección mostrando la disposición de los cables de acero en una parte extrema de la viga de la figura 3B;

la figura 5 es una vista que muestra una parte de corte abierto situada en la parte intermedia y la disposición de los cables de acero en la viga;

la figura 6 es una vista lateral que muestra un ejemplo de cable de acero fijado en una parte extrema de una viga; y

la figura 7 es una vista en perspectiva que muestra un ejemplo de cables de acero en una parte de corte abierto.

En las figuras, las referencias iguales denotan componentes iguales o correspondientes.

En la figura 3A, la viga 40 incluye una ala superior 28, una ala inferior 24 y una parte del alma 22. Se encuentran incrustados uno o más cables de acero 26 en tensión y los cables de acero 27 sin tensar, y a través de la parte inferior de la parte del alma 22 y de la ala inferior 24 de la viga 40 en la dirección longitudinal de la viga 40.

Preferiblemente, los cables de acero sin tensión 27 están incrustados en la ala inferior 28 horizontalmente en paralelo entre sí, tal como se muestra en la figura 3A. La ala superior 28 está provista por encima de la parte del alma 22 en la dirección lateral en la sección de la viga 40, y un pavimento superior (no mostrado) del puente se encuentra instalado en la ala superior 28. La ala superior 24 está provista por debajo de la parte del alma 22 en la dirección lateral en la sección de la viga 40, y la superficie inferior de la misma está soportada por una columna (no mostrada).

La figura 3B muestra la disposición de los cables de acero de acuerdo con otra realización preferida de la presente invención. Tal como se muestra en el dibujo, están provistos una pluralidad de cables de acero 27a sin tensar en la dirección longitudinal de la viga 40 fuera de la parte inferior de la parte del alma 22. Los cables de acero sin tensar 27a tienen la misma función que el cable de acero 27 sin tensar adicional provisto en la ala inferior 24. Es decir, después de haber construido el puente, la formación de la flecha de la viga 40 se compensa mediante el tensado de los cables de acero sin tensar 27a. Así mismo, los cables de acero 27a sin tensar puede ser instalados más fácilmente en comparación con el caso de estar instalados dentro de la ala inferior 24.

La figura 4A muestra la disposición de los cables de acero en la parte extrema de la viga de la figura 3A. Tal como se muestra en el dibujo, los cables de acero 26 de tensión y los cables de acero 27 sin tensar concentrados en la parte inferior de la viga 40 se encuentran distribuidos a través de la parte en sección completa de la viga 40. Es decir, los cables de acero están distribuidos uniforme y simétricamente en la viga 40 en las direcciones vertical y horizontal (como se observa), de forma que las fuerzas de la tensión en los cables de acero de tensión 26 y los cables de acero 27 sin tensar puedan estar distribuidas uniformemente a través de la parte completa de la viga 40.

La figura 4B muestra la disposición de los cables de acero en la parte extrema de la viga mostrada en la figura 3B. Tal como se muestra en el dibujo, los cables de acero 26 bajo tensión y los cables de acero 27 y 27a sin tensar se encuentran concentrados en la parte inferior de la viga tal como se muestra en la figura 3B, se encuentran distribuidos uniforme y simétricamente con respecto a la viga 40 en las direcciones vertical y horizontal (tal como se observa), de forma que las fuerzas de la tensión en los cables de acero bajo tensión o en los cables de acero sin tensar 26, 26 o 27a se encuentran distribuidas a través de la parte completa de la viga 40.

La figura 5 muestra la disposición de los cables de acero en la dirección longitudinal en la viga de la figura 3A, y con un corte abierto 36 situado en la mitad de la viga. Los cables de acero 26 bajo tensión y los cables de acero sin tensar 27 provistos dentro de la viga 40, están concentrados en la parte inferior en la parte intermedia de la viga 40, y distribuidos uniformemente a través de la parte seccional completa de la viga 40 en ambas partes extremas de la viga 40. Los cables de acero bajo tensión y sin tensar 26 y 27 están fijados en ambos extremos de la viga 40 mediante unos medios de fijación 32, los cuales son un dispositivo de anclaje. Los medios de fijación 32 están recubiertos con hormigón (no mostrado) después de haber construido la viga 40.

En este caso, cuando las vigas están instaladas con intervalos entre las mismas, o cuando una parte del extremo de la viga está cortado, tal como se muestra en el dibujo, se forma un espacio entre las vigas adyacentes. Así pues, el tensado puede ser ejecutado en dicho espacio cuando los cables de acero bajo tensión y sin tensar 26 y 27 tienen que ser re-tensados posteriormente. No obstante, en este caso, la parte extrema de la viga 40 no tiene que estar recubierta con hormigón. En este caso, un extremo de los cables de acero bajo tensión y sin tensar 26 y 27 se encuentra expuesto en cada parte extrema de la viga 40 para aplicar la fuerza de tracción.

Así mismo, en una realización preferida, la viga está provista con una parte de corte abierto 36 para ajustar la fuerza de tracción de los cables de acero 27 sin tensar en la parte intermedia de la viga o en otra posición apropiada. La parte del corte abierto 36 se utiliza como un espacio para acomodar un miembro de acoplamiento de los cables de acero 27 sin tensar. Es decir, la parte del corte abierto 36 se utiliza como un espacio de trabajo para ajustar la fuerza de tracción de los cables de acero 27 sin tensar en forma posterior.

Cuando se generan grietas 34 o flechas por flexión excesivas 35 indicadas por una línea de puntos en la viga 40, tal como se indica en la figura 5, uno o más cables de acero sin tensar 27 y 27a instalados dentro o fuera de la viga 40 se tensan adicionalmente para el reforzamiento. En este caso, el trabajo de tensado adicional para los cables de acero sin tensar 27 y 27a se ejecuta utilizando un gato hidráulico. Así mismo, las fuerzas de tensión de los cables de acero sin tensar 27 y 27a se ajustan durante o después de la realización del pavimento y después de la construcción, ajustándose la fuerza de tracción mientras que el puente se encuentre en utilización. Es decir, en el caso de un puente continuo, el re-tensado puede realizarse antes de la realización del pavimento. No obstante, en este caso, la re-tensado se ejecuta poco después de la realización del pavimento y antes de que se endurezca el hormigón del pavimento, para impedir la aplicación de una fuerza de tracción en el pavimento.

La figura 6 muestra una realización preferida de la fijación de un cable de acero en la parte extrema de una viga. El cable de acero 26 se ancla utilizando un miembro de soporte 50 como dispositivo de anclaje. Por ejemplo, el cable de acero 26 es insertado en un agujero formado en el centro del miembro de soporte 50 en un extremo de la viga 40. La pluralidad de cuñas 52 son insertadas entre el cable de acero 26 y el miembro de soporte 50. En este caso, el cable de acero 26 se tensa mediante un gato hidráulico y el cable de acero 26 bajo tensión se fija mediante las cuñas 52.

La figura 7 muestra los cables de acero 26 acoplados por un miembro de acoplamiento 62 como una realización preferida de una conexión del cable de acero en la parte de corte abierto 36. Tal como se muestra en el dibujo, la parte del corte abierto 36 está formada en la mitad de la superficie inferior de la viga 40 en la dirección longitudinal. Los cables de acero 26 fijados en ambos extremos de la viga 40 están conectados al miembro de acoplamiento 62, de forma tal que se apliquen fuerzas en direcciones distintas. En este caso, los cables de acero 26 bajo tensión conectados en el miembro de acoplamiento 62 están conectados utilizando los miembros de soporte 50 y las cuñas 52 tal como se muestra en la figura 6.

Tal como se expuso anteriormente, el miembro de acoplamiento tal como 62 está dispuesto en la parte del corte abierto 36 para conectar conjuntamente y ajustar la fuerza de la tensión de los cables de acero 27 sin tensión. Así pues, los cables de acero 27 sin tensión conectados entre sí mediante el miembro de acoplamiento 52 se tensan y se fijan utilizando las cujas 52, de forma que la fuerza de tensión de los cables de acero en tensión 26 pueda ser mantenida. Así mismo, mediante la aplicación de una fuerza de tracción a los cables de acero 27 y 27a sin tensar provistos en los lados izquierdo y derecho de la viga 40, puede compensarse el doblamiento de la viga 40 hacia la izquierda o hacia la derecha.

De acuerdo con la disposición anteriormente descrita e ilustrada de los cables de acero y del aparato de acoplamiento, cuando se construye un puente en una etapa inicial de la construcción, los cables de acero 26 y 27 se conectan mediante el miembro de acoplamiento 62 para ser capaces de desplazarse hasta un grado determinado, mientras que los cables de acero instalados fuera de la viga 40 no están bajo tensión en absoluto, o bien se tensan con una fuerza de tracción pequeña, a fin de incrementar las fuerzas de tensión de los cables de acero posteriormente.

Aunque se ha descrito un puente como ejemplo en las realizaciones preferidas anteriores, las fuerzas de tensión ajustables de acuerdo con las demás realizaciones de la presente invención pueden ser aplicadas a otras estructuras de hormigón pretensado tal como en edificios.

Se observa que la presente invención no está limitada a las realizaciones preferidas descritas anteriormente, y es evidente que pueden realizarse variaciones y modificaciones por los técnicos especializados en el arte, dentro del espíritu y alcance de la presente invención según lo definido en las reivindicaciones adjuntas.

Por ejemplo, aunque las vigas de tipo I han sido descritas anteriormente con respecto a las realizaciones preferidas, pueden aplicarse otras realizaciones de la presente invención a cualquier tipo de vigas independientemente de la forma de la sección de la viga, tal como por ejemplo la viga de tipo T.

Tal como se ha descrito anteriormente, de acuerdo con las realizaciones preferidas de la presente invención, las grietas y las flechas por flexión de un puente que se generan debido al deterioro a largo plazo, así como la deformación o la sobrecarga, pueden ser corregidas mediante el tensaado adicional de los cables de acero instalados interna o externamente en la viga del puente. Así, la reparación y el reforzamiento del puente es fácil de forma que la fuerza de resistencia a las cargas del puente pueda ser incrementada fácilmente. Así mismo, mediante el ajuste de la fuerza de la tensión paso a paso, la viga puede ser fabricada económicamente o bien puede disminuirse la altura de la viga.

En esta especificación, el verbo "comprender" tiene su significado normal del diccionario, para denotar una inclusión no exclusiva. Es decir, el uso de la palabra "comprender" (o cualquiera de sus derivadas) para incluir una o más características, no excluye la posibilidad de incluir también otras características.

Claims (7)

1. Una viga que comprende una ala superior (28) para soportar un pavimento superior de un puente o un edificio, una parte del alma (22) y una ala inferior (24), estando la mencionada viga (40) pretensada por cables de acero (26) bajos tracción dispuestos en una dirección longitudinal de la mencionada viga (40) y tensados para compensar una fuerza de resistencia a la carga:

caracterizada porque al menos un cable de acero (27) sin tensar está dispuesto en la dirección longitudinal de la mencionada viga (40), de forma que la fuerza de resistencia a la carga del mencionado puente o edificio pueda ser incrementada mediante el tensado del mencionado cable de acero (27) sin tensar.

2. Una viga según la reivindicación 1, que comprende además una parte de corte abierto (36) en una parte predeterminada de la dirección longitudinal de la mencionada viga (40) y un miembro de acoplamiento (62) instalado en la mencionada parte de corte abierto (36) para acoplar los extremos de los mencionados cables de acero (26, 27) en los cuales los extremos opuestos están fijados en las partes extremas de la mencionada viga (40).

3. Una viga según la reivindicación 2, en el que el mencionado miembro de acoplamiento (62) comprende un miembro de soporte (50) que tiene agujeros formados en el mismo, a través de los cuales penetran respectivos extremos de los mencionados cables de acero (26, 27), y cuñas insertadas entre los mencionados cables de acero (26, 27) y el mencionado miembro de soporte (50).

4. Una viga según la reivindicación 1, 2 ó 3, en la que un extremo del o de cada uno de dichos cables de acero (27) sin tensar está expuesto en una parte extrema respectiva de la mencionada viga (40) para aplicar una fuerza de tracción.

5. Una viga según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la disposición es tal que la fuerza de resistencia a la carga del mencionado puente o edificio puede ser incrementada mediante el tensado del o cada uno de los cables de acero (27) sin tensar mencionados, durante la construcción de la mencionada viga (40) y/o después de la construcción de la misma.

6. Una viga según la reivindicación 5, en la cual, durante la construcción, la fuerza de tracción de cada uno de los mencionados cables de acero (27) sin tensar se ajustan durante o después de la realización del pavimento, y, después de la construcción, la fuerza de tracción de cada uno de los mencionados cables de acero (27) sin tensar se ajusta mientras que el mencionado puente o edificio está siendo utilizado.

7. Un puente o edificio soportado por una o más vigas (40) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.