ES2268585T3 - Procedimiento y sistema de estabilizacion de un edificio. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de estabilización de un edificio sometido a un esfuerzo de impulso o vibratorio de corta duración, en el cual se detecta al menos una magnitud representativa de dicho esfuerzo, se aplica a dicho edificio al menos una tensión de compresión ajustable suplementaria durante un periodo determinado para reducir la sensibilidad del edificio a los esfuerzos de impulso o vibratorios, caracterizado porque la suma de la tensión de compresión continua y dicha tensión de compresión ajustable suplementaria es superior a la tensión máxima continua admisible en cada elemento del edificio.

Description

Procedimiento y sistema de estabilización de un edificio.

La presente invención se refiere al campo de la estabilización de estructuras de construcción de albañilería, de madera, de metal u otros. La invención se aplica a las construcciones antiguas, recientes o nuevas.

Para aumentar la resistencia de edificios existentes a las tensiones debidas, por ejemplo, a las tempestades o a las sacudidas sísmicas, es conocido aumentar la sección de las estructuras portadoras y/o de los arriostramientos del edificio mediante la adición de pilares o nervaduras de hormigón, en viguetas metálicas, o en carpintería de madera. Tales adiciones son frecuentemente feas y su adaptación a las características mecánicas, especialmente la elasticidad y la dilatación del edificio, es difícil.

Por otra parte, el aumento de las primas de seguro para el riesgo de tempestad en edificios existentes se revela como una carga pesada para los propietarios. Y la reparación de los daños de tempestad es muy dispendiosa para las compañías de seguros o los propietarios, espacialmente el Estado Francés, que practican el autoaseguramiento. La agravación de los riesgos de daños resulta confirmada por el "Balance 2001 de los cambios climáticos: Consecuencias, adaptación y vulnerabilidad" del grupo de expertos intergubernamental sobre la evolución del clima ante la ONU, véase también "http;//www.un.org/News/fr-press/docs/2002/PNUE70.doc.htm".

Ha aparecido por tanto la necesidad de un medio discreto de reducir el riesgo de daños en los edificios.

El documento EEUU-A-4 964 246 describe un sistema de control de rigidez para una estructura de rigidez variable que incorpora elementos de rigidez variable tales como puntales diagonales en el cual se atenúa la vibración de la estructura causada por fuerzas vibratorias externas, tales como un temblor de tierra o el viento, haciendo variar la rigidez de la estructura. La estructura está equipada con sensores, especialmente sensores de desplazamiento y sensores de velocidad, para detectar la extensión de la deformación de la estructura, de un ordenador de control y de unidades de control de la tensión de los puntales diagonales para tensarlos o destensarlos selectivamente.

El documento EEUU-A-4 964 246 describe un procedimiento de estabilización que corresponde al preámbulo de la reivindicación 1 y un edificio equipado con un sistema de estabilización correspondiente al preámbulo de la reivindicación 6.

La solicitante, después de haber llevado a cabo investigaciones, se ha percatado en primer lugar de que una gran parte de los daños a los edificios proceden de esfuerzos de impulso y/o de entrada en resonancia y en segundo lugar de que los materiales constitutivos de un edificio son capaces de soportar durante un periodo breve y determinado una tensión a compresión netamente superior al esfuerzo permanente máximo de compresión que son aptos para soportar.

La invención contempla proteger un edificio contra los esfuerzos de impulso, especialmente los causados por el viento o los temblores de tierra, aprovechando la capacidad del edificio para soportar de manera transitoria un esfuerzo de compresión suplementario.

El procedimiento de estabilización según un aspecto de la invención está destinado a un edificio sometido a un esfuerzo de impulso o vibratorio de corta duración. Se detecta al menos una magnitud representativa de dicho esfuerzo, y se aplica a dicho edificio al menos una tensión de compresión ajustable suplementaria durante un periodo determinado para reducir la sensibilidad del edificio a los esfuerzos de impulsos o vibratorios. La tensión de compresión ajustable suplementaria viene a añadirse temporalmente a la tensión de compresión continua debida a las características intrínsecas del edificio y a estabilizar el edificio, especialmente contra las aceleraciones horizontales y también verticales.

La suma de la tensión de compresión continua y de dicha tensión de compresión ajustable suplementaria es superior a la tensión máxima continua admisible para cada elemento del edificio.

En un modo de realización de la invención, se detecta la velocidad del viento a la cual está sometido el edificio.

En un modo de realización de la invención, se detecta la dirección o las direcciones del viento al cual está sometido el edificio.

En un modo de realización de la invención, se detecta una aceleración a la cual está sometido el edificio. Se puede efectuar la detección en las componentes horizontales y/o verticales de la aceleración.

En un modo de realización de la invención, se detecta por al menos un calibre de tensión, un esfuerzo al cual está sometido el edificio.

La invención propone igualmente un edificio provisto de un sistema de estabilización del edificio sometido a un esfuerzo de impulso o vibratorio de corta duración. El sistema comprende un medio de detección de al menos una magnitud representativa de dicho esfuerzo, y un medio de aplicación a dicho edificio de al menos una tensión de compresión ajustable suplementaria durante un periodo determinado para reducir la sensibilidad del edificio a los esfuerzos de impulso o vibratorios, siendo la suma de la tensión de compresión continua y de dicha tensión de compresión ajustable suplementaria superior a la tensión máxima continua admisible para cada elemento del edificio.

En un modo de realización de la invención, el medio de detección comprende al menos un anemómetro y un girómetro. Se puede disponer un anemómetro en el edificio y/o a distancia del edificio.

En un modo de realización de la invención, el medio de detección comprende un sensor sísmico.

En un modo de realización de la invención, el medio de aplicación comprende al menos un accionador apto para ejercer una tensión de compresión en al menos una parte del edificio. El accionador puede ser del tipo de gato plano, o sistema con memoria de forma de control térmico.

En un modo de realización de la invención, el medio de aplicación comprende un accionador, un tirante y dos pletinas de extremo unidas la una al tirante y la otra al gato, estando el accionador y el tirante unidos entre sí en sus extremos opuestos a las pletinas. Las pletinas se apoyan en una parte del edificio que se desea someter a una tensión de compresión suplementaria temporal. Se puede integrar una pletina en el accionador.

En otro modo de realización de la invención, las pletinas son reemplazadas por tirantes (varillas o cables) empotrados en una parte del edificio. Las varillas o cables pueden ser a base de fibras, por ejemplo fibras de vidrio o carbono y de resina epoxi, o incluso de acero inoxidable. El empotramiento puede ser efectuado por medio de una aglomerante o un mortero de resina, por ejemplo a base de resina epoxi. Los extremos de los tirantes pueden ser divergentes.

El gato puede ser de tipo hidráulico, eléctrico o electro-hidráulico.

En un modo de realización de la invención, el sistema comprende una unidad de mando unida al medio de detección para recibir unos datos representativos de dicho esfuerzo al cual se encuentra sometido el edificio, y al medio de aplicación para enviarle instrucciones de puesta en compresión.

En un modo de realización de la invención, el sistema se une a un medio de aportación de informaciones meteorológicas y/o sísmicas. El sistema puede ser unido a un centro de gestión autónomo en energía, local o distante, por vía alámbrica o hertziana, a su vez unido a un medio de aportación de informaciones meteorológicas y a un medio de aportación de informaciones sísmicas.

La invención se refiere igualmente a un edificio que comprende al menos un elemento de construcción, por ejemplo un soporte, muro, arbotante y un dispositivo de estabilización asociado a dicho elemento de construcción.

Se comprenderá mejor la presente invención con la lectura de la descripción detallada de algunos modos de realización tomados a título de ejemplos en modo alguno limitativos e ilustrados por los dibujos anexos, en los cuales:

- la figura 1 es una vista en corte transversal de un edificio estabilizado según un modo de realización de la invención; y

- la figura 2 es una vista de un detalle de la figura 1.

Como se puede ver en la figura 1, un edificio de tipo catedral comprende pilares centrales 1, 2, pilares laterales 3, 4, arbotantes 5, 6 que unen los pilares centrales 1, 2 a los pilares laterales 3, 4, una cubierta central 7 que reposa en la cúspide de los pilares centrales 1, 2 y cubiertas laterales 8, 9 que reposan en los pilares centrales 1,2 y los pilares laterales 3, 4.

El sistema de estabilización 10 comprende una unidad de control 11, sensores y accionadores. Los sensores comprenden un anemómetro/girómetro 12 dispuesto en la cúspide de la cubierta central 7, un sensor sísmico 13 dispuesto en el suelo bajo el edificio, y sensores de fuerza 14, 15, por ejemplo calibres de tensión dispuestos en el pie de los pilares centrales 1, 2. Los sensores están unidos a la unidad de control 11 por enlaces eléctricos o hertzianos. Los accionadores comprenden subconjuntos 16 y 17, 18 y 19 dispuestos respectivamente en los pilares centrales 1, 2 y los pilares laterales 3, 4.

La unidad de mando 11 autónoma en energía está dispuesta en un local técnico del edificio.

Cada subconjunto 16 a 19 comprende un tirante 20, un extremo del cual está firmemente solidarizado a un extremo del pilar correspondiente, y un gato 21 unido por un lado al extremo libre de la varilla y por el otro lado firmemente solidarizado con el otro extremo del pilar. El enlace tirante 20-pilar lateral 3, 4 está asegurado por una pletina 22 que se apoya en una superficie del pilar perpendicular al tirante 20 para asegurar la transmisión de esfuerzos verticales de compresión al pilar. La pletina 22 está en posición elevada en la proximidad de la cúspide de los pilares laterales 3, 4.

El extremo del tirante 20 se solidariza a un extremo inferior del pilar central 1,2 correspondiente por empotramiento en una longitud de algunas decenas de centímetros en un taladro perforado en el pilar para alojar dicho tirante. El empotramiento puede ser realizado por medio de un mortero de resina. El extremo del tirante 20 será provisto de relieves que favorecen la adhesión del mortero. El resto del tirante 20 está libre en dicho taladro.

El tirante 20 puede ser de acero, por ejemplo inoxidable, a base de fibras de vidrio, de carbono, o aramidas, o de cable, o de una aleación con memoria de forma.

El gato 21 se solidariza con el otro extremo del pilar 1, 2 por empotrado al mortero de resina, o por una pletina no representada.

La instalación del sistema de estabilización 10 en el edificio se efectúa como sigue. Se dispone en los pilares centrales 1, 2 y los pilares laterales 3, 4, las cavidades necesarias para la instalación de los tirantes 20, de los gatos 21 y de las pletinas 22. A tal efecto, se perfora, por ejemplo por guiado láser, un taladro longitudinal de pequeño diámetro, por ejemplo 30 mm, en los pilares centrales 1, 2 y los pilares laterales 3, 4. Se excavan los alojamientos de los gatos 21 en las cimentaciones 3a, 4a de los pilares laterales 3, 4 y en la cúspide 1b, 2b de los pilares centrales 1, 2. Se obtiene una superficie plana 3b,4b en la cúspide de los pilares laterales 3, 4.

Se coloca los tirantes 20 en los taladros de los pilares centrales 1, 2 y de los pilares laterales 3, 4. Se coloca los gatos 21 en las cimentaciones 3a, 4a de los pilares laterales 3, 4. La solicitación del gato 21 y de la cimentación 3a, 4a correspondiente se efectúa por apoyo directo de una superficie horizontal 21a del gato 21 en una superficie horizontal correspondiente de la fundación 3a, 4a, o por empotramiento de la parte fija del gato 21, o mejor por empotramiento de una brida, no representada, en la cual se fija el gato 21 por ejemplo por un conjunto de tornillo-tuerca, no representado, que permite un desmontaje cómodo. Se engancha juntándolas la parte móvil del gato 21 y el extremo correspondiente del tirante 20. Se coloca la pletina 22 solidarizándola con el otro extremo del tirante 20. Se puede a continuación volver a tapar con mortero o piedra la cúspide de los pilares laterales 3, 4 recubriendo la pletina 22.

Para los pilares centrales 1, 2, se coloca un tirante 20 que se empotra en su extremo inferior que sobresale en las cimentaciones 1a, 2a de los pilares centrales 1, 2. Se coloca un gato 21 y se le hace solidario con el pilar central 1, 2 como anteriormente. Se engancha juntándolos la parte móvil del gato 21 y el extremo superior del tirante 20. Con excepción del extremo inferior empotrado, el tirante 20 está libre para desplazarse con respecto a las paredes del taladro en el que está dispuesto.

Se instala la unidad de control 11 en un lugar accesible del edificio y se prevé una alimentación eléctrica 23 de la red y una batería de emergencia y/o un acumulador de presión hidráulico o neumático 24. Se conecta la unidad de control 11 a los sensores y a los accionadores por enlaces eléctricos o hidráulicos. Se prevé un enlace hacia un centro de gestión exterior 25 por vía alámbrica o hertziana. El centro de gestión 25 es apto para proporcionar informaciones meteorológicas.

El funcionamiento del sistema de estabilización 10 es el siguiente. Los tirantes 20 están normalmente distendidos y los accionadores 21 inactivos. El sistema se hace activo ante la detección por parte de unos sensores y la unidad de control 11 envía a los gatos una orden de retraerse para ejercer un esfuerzo determinado de tracción sobre los tirantes correspondientes, introduciendo así una tensión de compresión suplementaria en los pilares 1 a 4 y reduciendo el riesgo de derrumbamiento de dichos pilares 1 a 4. Se mantiene y ajusta la orden durante el intervalo de tiempo necesario. Se determina el esfuerzo en función de las solicitaciones registradas, y de la resistencia de los pilares a la compresión. Se puede aplicar, por ejemplo, una fuerza de 100 kN. También se puede tener en cuenta la orientación del viento, espacialmente si el edificio ofrece una toma al viento, para ejercer un esfuerzo adaptado a cada pilar o elemento de estructura.

En un modo de realización bien adaptado a las solicitaciones eólicas cuya estructura puede ser aligerada, la unidad de control 11 tiene en cuenta la dirección y la presión del viento colocando a compresión sólo los pilares situados bajo el viento, por ejemplo los pilares 1 y 3 para un viento dirigido según la flecha 26. Así se evita poner a compresión pilares abrigados del viento. En el caso de un viento muy violento, se puede poner a fuerte compresión los pilares 1 y 3, y a media compresión los pilares 2 y 4, y con mayor precisión siguiendo los valores obtenidos por una modelización del edificio efectuada previamente y que conduce a una acción en tiempo real.

Todavía es más interesante que la unidad de control 11 tenga en cuenta también informaciones captadas por el anemómetro/girómetro 12. La unidad de control 11 funciona entonces en tiempo real y se adapta mejor la compresión a la velocidad y a la dirección o direcciones del viento. La unidad de control 11 envía entonces unas órdenes a intervalos próximos a los cilindros-pistones 21. La compresión suplementaria ejercida es más breve y por tanto puede ser mucho más fuerte. La compresión suplementaria máxima admisible por el edificio es, en efecto, inversamente proporcional al tiempo durante el cual se ejerce.

Una tensión de compresión admisible para una sobrecarga instantánea de algunos minutos será superior aproximadamente en un 20 a 25% a la tensión de compresión admisible para una sobrecarga aplicada durante un corto periodo, por ejemplo menos de una semana, a su vez superior aproximadamente en un 17% a la tensión de compresión admisible para una sobrecarga aplicada a medio plazo, por ejemplo de una semana a seis meses, a su vez superior aproximadamente en un 10 a 12% a la tensión de compresión admisible para una sobrecarga aplicada a largo plazo, por ejemplo de seis meses a diez años, a su vez superior aproximadamente en un 17% a la tensión de compresión admisible para una sobrecarga permanente de más de diez años. Así, la tensión de compresión admisible para una sobrecarga instantánea podrá alcanzar un 183% de la tensión de compresión admisible para una sobrecarga permanente.

La unidad de mando 11 puede también tener en cuenta informaciones proporcionadas por el sensor sísmico 13 y por un centro de gestión sísmica 30 distante y unido al centro de gestión exterior 25 para poner a compresión el edificio desde que se haya detectado una sacudida sísmica superior a un umbral, por ejemplo ejerciendo una fuerza según la flecha 27 o desde que se haya estimado un riesgo sísmico.

La unidad de control 11 tiene en cuenta informaciones proporcionadas por los sensores de fuerza 14, 15, que pueden servir para ensayar el buen funcionamiento del sistema, para escalonar el comportamiento del edificio y las transferencias de carga entre los pilares y los elementos estructurales en función de la velocidad y de la dirección del viento. La unidad de control 11 puede entonces establecer y guardar una cartografía de las compresiones necesarias para estabilizar el edificio bajo un viento de velocidad x y de dirección \delta.

Como se puede ver en la figura 2, el gato 21 está dispuesto en un alojamiento 29 practicado en las cimentaciones 3a del pilar 3 y se apoya en la superficie plana superior 29a del alojamiento 29.

Como se puede ver en la figura 3, el extremo de un tirante 20 se subdivide en filamentos divergentes 31 empotrados en unos taladros 32 formados en los extremos de los pilares laterales 3, 4. Se reduce así los trabajos a efectuar en los extremos de los pilares 3, 4. En el modo de realización ilustrado en la figura 4, el pilar 4 está provisto de dos tirantes 20 montados en X para poder ejercer un esfuerzo que tiene una componente horizontal.

Así se puede tensar uno u otro de los tirantes 20, o los dos al mismo tiempo. El pilar 4 comprende dos gatos 21 y dos pletinas 22. Además, el arbotante 6 está igualmente provisto de un subconjunto 33 que comprende un tirante 20 alojado en dicho arbotante 6, una pletina 22 alojada en el soporte 4 en la prolongación del arbotante 6, y un gato 21 dispuesto en el pilar 2 en el otro extremo del tirante 20.

Gracias a la invención, se obtiene un edificio estabilizado dinámicamente de manera económica preservando las superficies y los volúmenes que presentan un interés histórico, artístico, cultural, etc. La invención se adapta perfectamente a todo edificio antiguo o reciente y permite por su reactividad evitar o al menos reducir considerablemente, la incidencia y la extensión de los siniestros en caso de tempestad.

Claims (12)

1. Procedimiento de estabilización de un edificio sometido a un esfuerzo de impulso o vibratorio de corta duración, en el cual se detecta al menos una magnitud representativa de dicho esfuerzo, se aplica a dicho edificio al menos una tensión de compresión ajustable suplementaria durante un periodo determinado para reducir la sensibilidad del edificio a los esfuerzos de impulso o vibratorios, caracterizado porque la suma de la tensión de compresión continua y dicha tensión de compresión ajustable suplementaria es superior a la tensión máxima continua admisible en cada elemento del edificio.

2. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual se detecta una aceleración a la cual está sometido el edificio.

3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual se detecta por al menos un calibre de tensión, un esfuerzo al cual está sometido el edificio.

4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual se detecta la dirección del viento al que está sometido el edificio.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual se detecta la velocidad del viento al que está sometido el edificio.

6. Edificio provisto de un sistema de estabilización del edificio para la aplicación del procedimiento de estabilización de un edificio sometido a un esfuerzo de impulso o vibratorio de corta duración según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el sistema comprende un medio de detección de al menos una magnitud representativa de dicho esfuerzo, y un medio de aplicación a dicho edificio de al menos una tensión de compresión ajustable suplementaria durante un periodo determinado para reducir la sensibilidad del edificio a los esfuerzos de impulso o vibratorios, siendo la suma de la tensión de compresión continua y de dicha tensión de compresión ajustable suplementaria superior a la tensión máxima continua admisible en cada elemento del edificio.

7. Edificio según la reivindicación 6, caracterizado porque el medio de aplicación comprende al menos un gato (21) apto para ejercer una tensión de compresión en al menos una parte del edificio.

8. Edificio según la reivindicación 7, caracterizado porque el medio de detección comprende un anemómetro dispuesto en el edificio.

9. Edificio según la reivindicación 7, caracterizado porque el medio de detección comprende un anemómetro dispuesto a distancia del edificio.

10. Edificio según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque el medio de detección comprende un sensor sísmico (13).

11. Edificio según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, caracterizado porque el medio de detección comprende un anemómetro y un girómetro (12).

12. Edificio según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11, caracterizado porque comprende una unidad de control (11) unida al medio de detección para recibir datos representativos de dicho esfuerzo al cual está sometido el edificio y al medio de aplicación para enviarle instrucciones de puesta en compresión.