ES2255777A1 - Elemento portante de cubierta conformado en sandwich. - Google Patents
Elemento portante de cubierta conformado en sandwich.Info
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Abstract
Elemento portante de cubierta conformado en
sándwich, del tipo que comprende una lámina superior, una lámina
inferior y una capa de material aislante interpuesta entre dichas
láminas, con la lámina superior, la destinada a estar orientada
hacia el exterior de la cubierta a realizar, constituida por una
hoja resistente al agua y a los agentes exógenos, caracterizada
dicha estructura por una armadura resistente constituida por lo
menos por una de las dos láminas, con eventuales refuerzos en los
puntos de mayores solicitaciones, y con perfil de su sección
transversal que recuerda la forma de un trapecio, con la máxima
distancia entre los elementos resistentes de algunas decenas de
centímetros.
Description
Elemento portante de cubierta conformado en
sándwich.
La presente invención se refiere a un elemento
portante de cubierta conformado en sándwich, particularmente
adecuado para la cobertura de ambientes industriales y comerciales
de grandes luces.
Son conocidas estructuras portantes de cubierta
realizadas en cemento armado o de hierro. Dichas estructuras son
capaces de resistir elevadas solicitaciones y grandes cargas, por
tanto adecuadas también para realizar ambientes de tipo industrial
y comercial en los cuales las columnas o los muros portantes están
separados entre sí, por lo que por ejemplo la carga de solamente la
nieve que puede gravitar en las mismas puede alcanzar valores
elevados. Dichas estructuras resultan sin embargo demasiado
costosas, y de no fácil realización, de difícil manejo a causa de
su peso y costosas de transportar del taller, en el cual han sido
producidas en serie, a la localidad en la cual el edificio a
cubrir debe ser construido.
Son conocidos además paneles sándwich realizados
con dos hojas normalmente de acero delgadas (0,5 a 1,2 mm)
mantenidas unidas por una espuma de poliuretano expandido, de
poliestirol expandido, de poliestireno o de lana mineral encolada a
las dos hojas sobre las respectivas superficies enfrenta-
das.
das.
En algunos casos la chapa está constituida por
hojas de aluminio, de fibrocemento, de fibrorresina, etc....
Los paneles sándwich conocidos están constituidos
generalmente por dos hojas de plancha de sección recta o
ligeramente en forma de greca u ondulada, con los vértices de la
greca o de la ondulación dispuestos de todas maneras sobre una
recta y con el material aislante interpuesto entre las mismas de
sección constante, con espesor que puede variar de 4 a 10 cm según
la tipología y destino de uso del panel.
Paneles de este tipo realizan una estructura
sándwich bastante rígida y resistente; estructura que puede ser
plana (paneles planos), o definida por dos generatrices de las
cuales una es recta y la otra curva (paneles curvos).
Las dimensiones y la forma de la sección
transversal (tipo de ondulación, o de greca de la chapa, espesor de
la espuma), están normalmente estandarizados y/o tipificados,
mientras que en la otra dirección el panel puede ser realizado de
cualquier longitud; la anchura se mantiene en cambio alrededor de
0,8 a 1,2 m según la tipología.
Dichos paneles sándwich son utilizados en el
campo de la construcción y en la realización, por ejemplo, de
contenedores frigoríficos (celdas y/o medios automóviles).
En construcción se emplean como elementos de
cubierta dispuestos uno al lado del otro y sostenidos por traviesas
portantes. Se usan también para la realización de paredes
perimetrales, comprendidas sus partes móviles (puertas y
portones).
Las prestaciones características que motivan el
empleo de los paneles sándwich en el caso de la construcción
son:
- -
- buen aislamiento térmico y acústico, gracias a la acción aislante de la espuma y/o de los otros materiales interpuestos entre la chapa o superficies externas enfrentadas entre sí;
- -
- impermeabilidad al agua y a los otros agentes atmosféricos;
- -
- ligereza.
Dichas estructuras sándwich tienen en cambio una
capacidad portante limitada, como máximo capaz de resistir
solamente en ciertas condiciones las solicitaciones mecánicas
debidas a la nieve y al viento.
El funcionamiento mecánico de los paneles
sándwich rectos o curvados, que permite a estos últimos soportar
las cargas externas (viento, nieve), está basado en el
comportamiento de "viga" que el panel asume cuando está cargado
a lo largo de su eje mayor. En este funcionamiento la acción
flectora es absorbida por las dos chapas que actúan de brida
tensada y de brida comprimida respectivamente y por lo tanto son
capaces de resistir un momento flector igual a la compresión o
tracción de las bridas (hojas de chapa) por su distancia igual a
aproximadamente el espesor del panel (brazo interno), M = \delta
x b.
Las acciones de cizalladura son en cambio
absorbidas por el material aislante interpuesto entre las
chapas.
La capacidad portante de los paneles rectos en
los espesores comerciales disponibles (4 a 10 cm) resulta por tanto
modesta y es en general indispensable prever una estructura de
sostenimiento con entreje demasiado próximo (2 a 3 m) para poder
realizar unas cubiertas o paredes capaces de soportar las cargas
debidas al viento y/o a la nieve.
El aumento del espesor del material aislante
mejora las prestaciones estáticas del panel, pero comporta un gran
gravamen de los costes, tanto que en la práctica de aplicación
dicho espesor no excede de los 5 cm, que por otra parte resultan
mucho más que suficientes para garantizar un óptimo aislamiento
termoacústico en el caso de cubiertas de edificios.
En el caso de paneles curvos, para mejorar sus
prestaciones mecánicas, se puede utilizar y es utilizado el esquema
estático del arco de empuje eliminado.
Dicho sistema prevé la realización de vínculos de
charnela fija en los extremos del panel, capaces de absorber el
empuje del arco constituido por el propio panel.
En este sistema, de funcionamiento estático,
ambas chapas del panel son solicitadas a compresión y la inercia
del elemento completo garantiza la estabilidad del arco en su
plano.
Este tipo de solución, aplicable por otra parte
solamente a paneles curvados para cubierta, comprende la
realización de vínculos idóneos de los extremos de charnela,
dimensionados para soportar el empuje horizontal del arco a realizar
con extremo cuidado de proyecto y de construcción.
En efecto el empuje del arco carga la
infraestructura de sostenimiento del panel y puede comprometer, o
de todos modos condicionar sensiblemente, sus prestaciones
estáticas.
El vínculo de charnela no permite en cambio
absorber las dilataciones térmicas dado que impide cualquier
deslizamiento relativo entre panel e infraestructura, por lo que
los empujes que se originan deben ser absorbidos por la
infraestructura misma y por adecuados tirantes idóneos a este
fin.
El incremento de prestaciones estáticas del panel
sándwich curvado que funciona como arco de empuje eliminado resulta
de todos modos limitado por la inestabilidad que se genera sobre el
panel en relación con su modesto espesor, especialmente en el caso
de carga asimétrica.
Efectivamente, en construcción el espesor máximo
normalmente empleado para la realización de cubiertas no excede de
los 5 cm al cual por otra parte corresponde un "K" = 0,35
cal/hm^{2} Cº capaz de realizar un aislamiento térmico más que
óptimo.
Para dichos paneles, aunque se realicen con doble
chapa de acero de 0,5 mm, es necesario prever unos apoyos
dispuestos a 2,5 a 3 m entre ejes para poder hacer el panel capaz
de soportar las cargas debidas a la nieve.
También en el caso de panel curvado que funciona
según el esquema del arco de empuje eliminado la luz libre máxima
no excede de los 3 m.
Las prestaciones mecánicas del panel decaen pues
sustancialmente si, en lugar de las chapas de acero, se utilizan
hojas de material mecánicamente más deficiente, como por ejemplo el
aluminio y el cobre que son en cambio materiales más adecuados
para la realización de cubiertas dado que son capaces de resistir
bien también el ataque químico de los agentes exógenos.
Por tanto la prestación mecánica del acero choca
con su escasa durabilidad cuando no se pasa al acero inoxidable,
absorbiendo en cambio las consiguientes cargas económicas.
Los paneles sándwich descritos resultarían por
tanto apreciables por lo que respecta a su manejabilidad, a su
coste y a su capacidad aislante. Son en cambio decididamente
insuficientes por lo que respecta a su resistencia mecánica a las
solicitaciones en el caso en que deban realizar estructuras
portantes para luces superiores a los tres-cuatro
metros.
El objeto de la presente invención es realizar un
elemento portante de cubierta conformado en sándwich, constituido
por dos hojas delgadas, al menos una de las cuales es de metal
preferentemente tratado previamente para resistir los agentes
exógenos, entre las cuales está dispuesta una capa de material
aislante, que resulte de elevada capacidad portante, que tenga un
coste contenido y por tanto una capa delgada de pocos centímetros
de material aislante, que resulte manejable y por tanto ligero
para facilitar sus desplazamientos tanto en el taller, como en el
lugar en el cual será instalado, que resulte finalmente de fácil
transporte de modo que los correspondientes gastos sean muy
reducidos.
La invención que ha permitido alcanzar dichos
resultados se concreta en una estructura portante del tipo sándwich
que comprende una lámina superior, una lámina inferior y una capa
de material aislante comprendida entre dichas láminas, con por lo
menos la lámina superior, la destinada a ser orientada hacia el
exterior, constituida por una hoja resistente al agua y a los
agentes exógenos, con un espesor del material aislante comprendido
entre algunos centímetros y una decena de centímetros,
caracterizada por una estructura de armadura de elevada resistencia
mecánica constituida al menos por una de las dos láminas con
eventuales refuerzos en los puntos de mayores solicitaciones,
caracterizada por un perfil de su sección transversal que recuerda
la forma de un trapecio con la máxima distancia entre los elementos
resistentes en la estructura misma por lo menos de algunas decenas
de centímetros, en función de los momentos flectores que
solicitarán la estructura en la obra.
Una estructura de este tipo resulta ventajosa
porque es resistente a la acción corrosiva de los agentes exógenos,
porque es impermeable al agua, porque es muy ligera y por tanto
manejable, porque tiene una configuración apta para hacerla
apilable, es decir permitir la superposición de varias estructuras,
tanto en el establecimiento de producción, como durante el
transporte al lugar en el cual será instalada como cubierta de
edificios.
Una estructura de este tipo resulta además
ventajosa porque es capaz de resistir solicitaciones de todos modos
grandes a través de la regulación de la armadura, normalmente del
tipo con enrejado en su interior, dispuesta en posición embebida en
la capa aislante que permanece de todas maneras de pequeño espesor,
normalmente comprendida entre tres y diez centímetros, por lo cual
mantiene un coste reducido. Otras ventajas se harán evidentes con la
descripción detallada que sigue referida a los dibujos a modo de
ejemplo reproducidos en el plano anexo que ilustra la solución de
realización preferida, en los cuales:
- la fig. 1 es la vista frontal en dirección
longitudinal de la estructura portante en cuestión;
- la fig. 2 es la vista frontal en dirección
longitudinal de la estructura de la fig. 1, que trabaja en posición
invertida y reforzada por elementos de armadura en su interior;
- la fig. 3 es la vista axonométrica de la
estructura en cuestión realizada con el recurso de dos láminas en
forma de greca y provistas de resaltes;
- la fig. 4 es la vista explosionada de la
estructura portante constituida por las dos chapas y por una
armadura del tipo enrejado;
- la fig. 5 es la vista en dirección longitudinal
de dos estructuras portantes adyacentes, unidas por dos elementos
soportados;
- la fig. 6 es la vista en dirección longitudinal
de dos estructuras portantes posicionadas según direcciones
oblicuas para originar una cubierta conformada en "shed".
Sustancialmente la invención se refiere por tanto
a un elemento portante del tipo sándwich, con el cual se realiza la
cobertura de edificios, particularmente de los industriales o
comerciales con grandes luces.
La misma comprende por lo menos una lámina
superior 1, una lámina inferior 2 y una capa de material aislante
3, que actúa de "cola" de solidarización del conjunto, con un
espesor comprendido normalmente entre tres y
diez-quince centímetros.
Como la lámina superior 1 se entiende la
destinada a estar orientada hacia el exterior del edificio y
resistente por lo menos al agua y a la corrosión de los agentes
exógenos.
La estructura de armadura del elemento portante
en cuestión es de elevada resistencia mecánica, o sea tiene una
resistencia a tracción y a compresión elevadas y está constituida
por lo menos por una de las dos láminas, normalmente de metal y en
particular de acero, con eventuales refuerzos en los puntos de
mayores solicitaciones o constituida por una armadura adecuada
embebida en el material aislante. La lámina superior 1 es
normalmente de acero del tipo previamente protegido, o sea
previamente pintada o zincada. La lámina inferior 2 puede ser
también de acero, normalmente de espesor comprendido entre 0,2 y
0,5 mm, o bien de material de fibrocemento adecuado para ser
pintado con las mismas pinturas y colores del ambiente que será
cerrado superiormente por la invención.
La lámina superior 1 puede ser una lámina
compuesta, de modo tal que cada una de las partes de la misma sea
adecuada para resistir las solicitaciones y/o corrosiones que se
manifiestan en las diferentes partes de la misma estructura
portante cuando está montada. En dicho caso la estructura
comprenderá también la lámina inferior, la capa de material aislante
y una armadura interna resistente comprendida entre dichas
láminas.
La lámina superior 1 y la lámina inferior 2
pueden ser lisas o bien presentar la forma de grecas longitudinales
5, ejemplificadas en la fig. 3, aptas para realizar una acción de
rigidización de la estructura.
Dichas láminas 1 y 2 pueden presentar también los
resaltes 6 con los cuales se ha realizado la mejora de la adhesión
de las láminas con el material aislante 3 interpuesto entre las
mismas.
La estructura antes definida está caracterizada
por una sección transversal que recuerda la forma del trapecio, con
la máxima distancia entre los elementos resistentes su estructura
en sándwich de por lo menos algunas decenas de centímetros,
normalmente comprendida entre treinta a
setenta-ochenta centímetros, en función de los
momentos flectores que solicitarán la estructura cuando esté en la
obra. La altura que depende tanto de la longitud de la estructura
misma, como de la carga que se presume pueda distribuirse en la
misma, según la fórmula b = M/\delta, con M momento flector,
\delta la resistencia a compresión-tracción y b el
brazo, normalmente la altura de la estructura, como se ha definido
anteriormente.
La resistencia a
compresión-tracción puede limitarse a solamente la
de la lámina superior 1 y/o la de la lámina inferior 2, en el caso
de pequeñas luces y de bajas cargas distribuidas, y a la de la
lámina superior 1 reforzada por elementos longitudinales de
refuerzo de chapa realizados con bandas o con redondos de acero 7
añadidos o, en los casos de mayores luces y de mayores
solicitaciones, por una armadura interna 10 conformada en enrejado,
como se ha ejemplificado en la figura 5, y en dicho caso las
láminas 1 y 2 podrán ser de cualquier material.
En este último caso es ventajoso que dicha
armadura adicional esté previamente protegida, por ejemplo por
medio de pintado, y después embebida en la capa de material
aislante 3 que resultará aún de pequeño espesor, por tanto ligero y
de coste reducido.
El perfil de la sección transversal del elemento
portante de cubierta podrá sufrir variaciones; en particular sus
superficies laterales oblicuas convergentes hacia la misma línea
podrán ser unidas por una superficie curva o tomar la conformación
de una cuña con la arista redondeada, cerrada, quedando establecida
la superponibilidad de los elementos portantes mencionados y por
tanto su apilamiento.
El elemento portante de cubierta en cuestión está
además provisto, normalmente, a lo largo de sus bordes
longitudinales, de adecuadas conformaciones sobresalientes 13 y 14
idóneas para permitir tanto el acoplamiento directo entre los
elementos portantes, cuando están dispuestos uno al lado del otro en
la realización de la cubierta del edificio en construcción, como el
acoplamiento con elementos soportados 15 y 16 dispuestos entre los
elementos portantes adyacentes, pero separados entre sí, como se ha
ejemplificado en la fig. 5.
El elemento portante en cuestión podrá ser
utilizado también orientado en dirección oblicua, como se ha
ejemplificado en la fig. 6, permitiendo en dicho caso la
realización de cubiertas del tipo "shed" con el recurso a
placas transparentes o traslúcidas 30, a través de las cuales se
iluminará el interior del edificio.
En la fase de realización la invención podrá
sufrir también las variaciones consideradas en cada caso útiles,
que entran de todos modos en el ámbito de protección de las
siguientes reivindicaciones.
Claims (12)
1. Elemento portante de cubierta conformado en
sándwich, para la cobertura de ambientes de amplias luces, que
comprende una lámina superior (1), una lámina inferior (2) y una
capa de material aislante (3) interpuesta entre dichas láminas,
siendo dicha lámina superior (1), destinada a estar orientada hacia
el exterior del edificio, resistente por lo menos al agua y a los
agentes exógenos, caracterizado porque presenta una
estructura de armadura de elevada resistencia mecánica constituida
por lo menos por una de las dos láminas (1) ó (2), con eventuales
refuerzos en los puntos de mayores solicitaciones, y porque presenta
una conformación que recuerda la forma del trapecio con la máxima
distancia entre los elementos resistentes en la estructura sándwich
de por lo menos algunas decenas de centímetros, en función de los
momentos flectores que solicitarán la estructura en la
obra.
obra.
2. Elemento portante de cubierta según la
reivindicación 1, caracterizado porque la capa aislante (3),
comprendida entre la lámina superior (1) y la lámina inferior (2)
tiene un espesor comprendido entre tres y quince centímetros.
3. Elemento portante de cubierta según la
reivindicación 1, caracterizado porque la lámina superior
(1) y la lámina inferior (2) están realizadas en acero.
4. Elemento portante de cubierta según la
reivindicación 1, caracterizado porque la lámina superior
(1) está realizada en acero y la lámina inferior (2) está realizada
en fibrocemento.
5. Elemento portante de cubierta según la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende una lámina
compuesta superior, una lámina inferior y una armadura resistente
comprendida entre dichas láminas embebida en la capa de material
aislante (3).
6. Elemento portante de cubierta según la
reivindicación 1, caracterizado porque la lámina superior
(1) y la lámina inferior (2) presentan unas grecas longitudinales de
rigidización.
7. Elemento portante de cubierta según la
reivindicación 1, caracterizado porque las láminas superior
(1) e inferior (2) presentan resaltes (6) vueltos para mejorar su
adhesión al material aislante (3) interpuesto entre las mismas.
8. Elemento portante de cubierta según la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende elementos
de armadura de acero (7) comprendidos entre la lámina superior (1)
y la lámina inferior (2).
9. Elemento portante de cubierta según la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende una
armadura en enrejado (10), interpuesta entre la lámina superior
(1) y la lámina inferior (2) realizadas en cualquier material, en
posición embebida en el material aislante.
10. Elemento portante de cubierta según la
reivindicación 1, caracterizado porque presenta unas
conformaciones sobresalientes (13) y (14) a lo largo de los bordes
longitudinales de la estructura idóneas para permitir el
acoplamiento con elementos portantes (15) y (16) dispuestos entre
elementos de cubierta soportados adyacentes.
11. Elemento portante de cubierta según la
reivindicación 1, caracterizado porque presenta una
conformación apta para hacerlo apilable.
12. Elemento portante de cubierta según la
reivindicación 1, caracterizado porque las superficies
laterales oblicuas son convergentes hacia la misma línea y están
unidas entre sí por una superficie curva.
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