ES2283179B1 - Estructuras mixtas para su aplicacion a naves industriales prefabricadas. - Google Patents
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Abstract
Estructuras mixtas para su aplicación a naves industriales prefabricadas. En las estructuras mixtas intervienen vigas formadas por tramos (1) unidos entre sí mediante camisas metálicas (3) fijadas mediante tornillos (4) pasantes por orificios de placas metálicas (2) previstas en los extremos enfrentados en las camisas (3) que quedan enchufadas en el interior de las vigas (1), que son de configuración trapecial invertida; en tanto que los pilares (7) que intervienen en la estructura mixta son de sección tubular con un alma metálica (5) recubierta de hormigón (6), fijándose las vigas (1) a los pilares (7) mediante soldadura, con la interposición de una junta estanca (9), mientras que la unión de los pilares y las zapatas (13) se realiza mediante una placa metálica (15) fijada por una parte a la zapata (13) y por otra soldada a la camisa (5) del pilar (7).
Description
Estructuras mixtas para su aplicación a naves
industriales prefabricadas.
La presente invención se refiere a una nueva
tipología estructural basada en estructuras mixtas de hormigón y
acero para su aplicación a naves industriales de grandes luces.
Está basada en la utilización de una tipología determinada de vigas
y pilares y, sobre todo, de una especificación novedosa de los
elementos de unión entre distintos vanos de vigas continuas, entre
vigas y pilares y entre éstos y las correspondientes zapatas.
El objeto de la invención es el diseño de una
estructura mixta formada por elementos viga, pilar y zapata, que
suponga una reducción de materiales y una reducción del costo de
transporte en relación con las estructuras prefabricadas más
clásicas utilizadas hasta el momento, sin los problemas inherentes
a las estructuras de acero en cuanto a mantenimiento y resistencia
al fuego.
Las estructuras de hormigón prefabricado
actualmente disponibles responden habitualmente a las tipologías
denominadas como "estructuras porticadas" y "estructuras
reticulares". Las primeras se caracterizan por estar compuestas
por una serie de pórticos repetidos a lo largo de la nave,
usualmente con cubierta a dos aguas, y con un comportamiento
estructural esencialmente plano, correspondiendo éste al plano del
pórtico. Encuentran aplicación en la construcción de naves
industriales donde se buscan grandes espacios diáfanos por los que
puede circular un puente grúa.
Por su parte, las naves de estructura reticular
están basadas en la colocación de vigas longitudinales y
transversales apoyadas en pilares que soportan la cubierta. Suelen
utilizarse en naves de luces no muy elevadas y conforman espacios
diáfanos relativamente pequeños, por lo que suelen utilizarse en
naves de varias plantas en las que estos espacios diáfanos grandes
no son necesarios y, por tanto, un elevado número de pilares no
supone un problema mayor para la actividad prevista.
Teniendo en cuenta la distribución de momentos
que se origina en las vigas simplemente apoyadas o continuas, éstas
últimas permiten una reducción importante de los momentos máximos,
si bien tienen el inconveniente de plantear un cambio de momentos,
lo que imposibilita el uso de los esquemas de pretensado habituales
en esta industria. Ello implica prácticamente el uso de vigas
biapoyadas (con forma en delta en la mayoría de las ocasiones)
cuando se quieren cubrir grandes luces, con el inconveniente de una
rigidez global algo reducida y momentos elevados, que dan lugar a
cantos y pesos asimismo elevados lo que, junto a a las grandes
luces requeridas, complica y encarece el transporte.
Además, el uso de estructuras prefabricadas de
hormigón obliga a una estricta ubicación de los elementos de unión,
con escasísima posibilidad de modificación de éstas, restringiendo
la flexibilidad que en este sentido tienen las estructuras
metálicas. Éstas, por el contrario, presentan los inconvenientes
bien conocidos de la exigencia de un mantenimiento costoso, una
resistencia al fuego reducida y una rigidez y monolitismo mucho
menor que el hormigón, lo que conduce a comportamientos de servicio
inferiores en cuanto a vibraciones y con ello un aislamiento
acústico y un comportamiento sísmico inferior.
Teniendo en cuenta todo lo anterior, se trata de
conseguir un diseño estructural que, manteniendo o incluso
aumentando la rigidez típica de estructuras de hormigón, permita el
uso indiferente de la tipología porticada o reticular, que reduzca
los costos de fabricación y transporte, que aumente la flexibilidad
de conexión en las estructuras de hormigón y que evite los
problemas inherentes a las estructuras metálicas.
La estructura mixta que se propone tiene
precisamente en cuenta lo referido al último párrafo del apartado
anterior. Para ello se propone una viga de de hormigón pre o
postensado, de sección en cajón constante, con un espesor de alma
reducido y con distintas secciones según la estética decidida, el
tipo de cubierta o la luz a cubrir.
A esta sección se le incluirá en su interior, en
las zonas de unión, unas camisas metálicas de espesor adecuado,
con los elementos de conexión al hormigón que garanticen una buena
adherencia y la transferencia adecuada de los esfuerzos en la
unión. Estas camisas irán soldadas a sendas placas de testa, que
pueden servir como extremos de encofrado con los orificios
necesarios para atornillar con otra placa similar. La unión entre
distintas vigas se conseguirá, como se ha indicado, mediante los
tornillos necesarios para transmitir los esfuerzos en la unión
decidida. La elección de los puntos de conexión se tratará que
coincida con los puntos de momento nulo en vigas continuas, o de
acuerdo con el despiece más adecuado a la obra o sistema de
transporte decidido, y de acuerdo a la economía conjunta de
transporte y ejecución de vigas y uniones.
Lo anterior permite la ejecución de vigas
continuas de forma simple, pretensando cada tramo para momentos
positivos o negativos según su ubicación, un despiece más eficiente
(con menores luces a efectos de transporte) y una reducción de peso
y material. Además, este sistema permite la ubicación selectiva de
estas camisas a lo largo de toda la viga si fuera conveniente, o en
zonas especialmente elegidas, donde se pretendan realizar
abrochalamientos o uniones especiales con forjados, vigas
transversales, uniones semirrígidas con pilares, etc., aumentando
grandemente la flexibilidad de unión de estructuras de hormigón
Finalmente, es de destacar que la sección en cajón, además de
proporcionar una gran rigidez a torsión, permitiendo con ello las
conexiones transversales de forma más eficiente, aumenta la rigidez
global de la estructura, por ejemplo ante sismo, y protege de forma
eficiente la camisa metálica de conexión ante fuego y
corrosión.
En cuanto a los pilares, se plantea un sistema
similar, estando constituidos por elementos de hormigón
prefabricado de sección en cajón con una camisa interior de acero,
en este caso corrida, que aumenta la resistencia a pandeo,
permitiendo reducir los armados. Además, esta camisa aporta un
cierto zunchado del hormigón y permite la conexión simple con las
zapatas de cimentación a través de placas de anclaje clásicas,
soldadas a la camisa interior, facilitando grandemente el montaje
del pilar sobre la zapata.
La conexión con las vigas se realiza mediante la
interposición de un vástago vertical, soldado a la camisa interior
de las vigas, que se dispone con la holgura pertinente en el
interior de la camisa interior del pilar. Una junta estanca que
rodea a este elemento permite el asiento uniforme sobre la cabeza
de pilar e impide el paso de agua a su interior evitando la
corrosión de la camisa interior del mismo. La longitud de este
vástago permite elegir el grado de rigidez de la unión,
consiguiendo una estructura semirrígida que, sin cargar
excesivamente al pilar con momentos elevados, permite aumentar la
rigidez del conjunto y un mejor comportamiento global ante cargas
sísmicas y vibracionales en general.
Tal como se ha indicado, la unión
pilar-zapata se realiza soldando a la camisa
interior del pilar una placa de anclaje con los orificios
necesarios, que se unirá rígidamente a la zapata mediante los
pernos apropiados, que se dispondrán como esperas en la zapata y se
atornillarán posteriormente mediante las pertinentes tuercas.
Todas estas características originan las
ventajas antedichas en cuanto a flexibilidad de unión y montaje,
reducción de costos de fabricación y transporte y con ello de
costes finales.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente
de realización práctica del mismo, se acompaña como parte
integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con
carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La figura 1.- Muestra una representación según
una perspectiva en explosión de la forma de unir dos tramos de viga
continua utilizable en las estructuras mixtas objeto de la
invención.
La figura 2.- Muestra una vista en sección
transversal del tipo de viga representado en la figura anterior,
con armaduras longitudinales.
Las figuras 3 y 4.- Muestran dos secciones
correspondientes a sendos pilares utilizables en las estructuras
mixtas objeto de la invención, siendo la figura 3 de sección
circular y la figura 4 de sección rectangular.
La figura 5.- Muestra una vista en alzado
lateral de la unión entre viga y pilar.
La figura 6.- Muestra una vista en sección
correspondiente a la línea de corte A-A'
representada en la figura anterior.
La figura 7.- Muestra, finalmente, un detalle de
la unión del pilar a la zapata correspondiente.
A la vista de las figuras reseñadas, puede
observarse cómo el tipo de la viga (1) utilizado en las estructuras
mixtas de la invención, son de sección en cajón, estando la viga
formada por tramos (1), que se unen entre sí mediante el
atornillamiento de parejas de chapas (2) que se superponen entre sí
y que están soldadas a uno de los extremos de respectivas camisas
metálicas (3) que se alojan en los extremos de esos tramos de viga
(1), como se ve claramente en la propia figura 1, realizándose la
fijación de las camisas (3) a través de tornillos y sus
correspondientes tuercas (4) pasantes a través de orificios
establecidos al efecto en las chapas (2) soldadas en los extremos
enfrentados de las camisas metálicas (3), camisas que serán
preferentemente de acero.
Esos tramos de vigas (1) irán dotados de la
correspondiente armadura pasiva y activa (1') en la ubicación
acorde con los momentos a soportar y con la armadura transversal de
cortante y torsión necesaria, como se representa en la figura
2.
Los pilares que intervienen en la estructura
mixta, están constituidos por una camisa metálica, también de acero
(5), tubular, recubierta por hormigón (6), con contorno circular
(7) como se representa en la figura 3, o rectangular como se
representa en la figura 4, o poligonal de cualquier forma, estando,
en cualquier caso, dotados de la correspondiente armadura pasiva
(7') embebida en el hormigón (6) que recubre la camisa metálica y
tubular (5).
Estas configuraciones dan lugar a que el
hormigón (6) proteja las camisas (5) de acero ante corrosión y
fuego de forma más eficiente que en la estructura de acero
tradicional.
En cuanto a la unión del pilar (7) y viga (1),
como se representa en la figura 6, se realiza mediante soldadura
(8), y con interposición de una junta estanca (9) dispuesta entre
la base inferior de la viga (1) y el extremo superior del pilar
(7), contando éste en su extremo superior, y por debajo de la junta
(9), con una chapa metálica (10) que se fija por la soldadura (8) a
la camisa metálica (5) del pilar (7), estando fijada esa chapa (10)
mediante pernos (11) como se representa en la figura 5. Sobre el
alma metálica (3) de la viga (1) va a su vez fijado, mediante
soldadura (8), el elemento (12) que queda alojado en el alma
metálica (5) del propio pilar (7), estableciéndose así la unión
viga-pilar.
Finalmente, en cuanto a la unión del pilar (7) a
la zapata (13), como se representa en al figura 7, se realiza
también mediante soldadura (14) entre la camisa metálica (5) del
pilar (7) y una placa metálica (15) fijada mediante pernos (11) al
pilar (7) y mediante pernos con tuerca (16) a la zapata (13),
estableciéndose así una unión rígida entre pilar y zapata.
Claims (4)
1. Estructuras mixtas para su aplicación a naves
industriales prefabricadas que, formadas por tramos de vigas con
las uniones adecuadas permiten conformar estructuras porticadas o
reticulares, con vigas biapoyadas o continuas, con uniones a pilar
con grado variable de rigidez, desde el apoyo simple al
empotramiento perfecto y anclando los pilares a las
correspondientes zapatas; caracterizadas porque los tramos de
viga (1) son de sección constante o variable en cajón con armadura
pasiva y activa (1') dispuesta según el signo de los momentos que
aparecen en cada tramo y la armadura de cortante y torsión
necesaria, estableciéndose como elementos de unión de los tramos de
viga (1) unas camisas metálicas de acero que, además de poder
disponerse en los puntos de la viga requeridos para uniones
especiales, quedan conectadas a las partes extremas de esos tramos
de viga (1), presentando las camisas (3) en sus extremos de
enfrentamiento o externos sendas chapas metálicas (2) que quedan
superpuestas entre sí y unidas mediante tornillos con tuercas (4),
estableciéndose una unión mediante atornillado de los comentados
tramos de vigas (1), mientras que los pilares (7) presentan una
configuración tubular con un alma interna metálica (5) y un
recubrimiento de hormigón (6), con la correspondiente armadura
(7'), habiéndose previsto que la unión entre vigas (1) y pilares
(7) se realice mediante un vástago de conexión (12) que permite una
conexión semirrígida, mientras que la conexión pilar- zapata se
plantea mediante una placa de anclaje soldada a la camisa interior
del pilar.
2. Estructuras mixtas para su aplicación a naves
industriales prefabricadas, según reivindicación 1ª,
caracterizadas porque las camisas (3) interiores de viga (1)
y pilar (7) se disponen con los elementos de conexión adecuados
para la transferencia de los esfuerzos de cada unión y están
protegidas de la corrosión y el fuego mediante el hormigón
circundante.
3. Estructuras mixtas para su aplicación a naves
industriales prefabricadas, según las reivindicaciones anteriores,
caracterizadas porque en la unión entre el pilar (7) y viga
(1) interviene una junta estanca (9) exterior al vástago de
conexión viga-pilar (12) que se encuentra soldado
(8) a la camisa interior (3) de la viga (1) y apoyada sobre una
placa soldada o anclada mediante pernos (11) a la camisa interior
(10) del pilar (7).
4. Estructuras mixtas para su aplicación a naves
industriales prefabricadas, según las reivindicaciones anteriores,
caracterizadas porque en la unión entre pilar (7) y zapata
(13) interviene una placa metálica (15) fijada mediante soldadura
(14) al alma metálica (5) del pilar (7), mientras que dicha placa
metálica (15) se fija a la zapata (13) mediante pernos y
correspondientes tuercas (16).
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