ES2300782T3 - Viga neumatica. - Google Patents
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Abstract
Viga neumática (1) - con una pieza hueca (2) alargada, de material flexible, a prueba de gas, inflable con gas comprimido, - además con al menos dos elementos de tracción/compresión (5) que pueden absorber tanto fuerzas de tracción como de compresión , - estos elementos de tracción/compresión (5) están dispuestos contra la pieza hueca (2), a lo largo de una línea generatriz de la misma y están unidas a la misma en forma no positiva, caracterizada porque - la pieza hueca (2) termina en forma de punta en ambos extremos, - los al menos dos elementos de tracción/compresión (5) están unidos en forma no positivas en sus extremos y los elementos de tracción /compresión (5) en sus extremos están unidos de modo que rodean la pieza hueca (2).
Description
Viga neumática.
La presente invención se refiere a una viga
neumática según el concepto general de la reivindicación 1.
Se han conocido diferentes vigas neumáticas en
forma de pieza hueca inflable, por ejemplo, según el documento US
3.894.307 (D1), y del documento WO 01/73245 (D2) del mismo
solicitante de la presente invención. Si una viga tal se somete a
carga en forma transversal, entonces la tarea a resolver radica ante
todo en absorber las fuerzas de tracción y cizallamiento que se
presentan sin que la viga se doble.
En D2, las fuerzas de compresión axiales son
absorbidas por una barra sometida a compresión, mientras que las
fuerzas de tracción axiales son absorbidas por dos elementos de
tracción sujetos en los extremos de la barra sometida a compresión
que se adhieren en forma de espiral alrededor de la pieza hueca. La
parte neumática de los elementos allí descritos cumple la función
de estabilizar las barras sometidas a compresión contra el
pandeo.
En D1, varios cuerpos huecos son unidos en forma
paralela para formar un puente. Las fuerzas de tracción son
absorbidas por una cubierta que abarca todas las piezas huecas y las
fuerzas de compresión por la placa de puente formada por elementos
dispuestos en forma sucesiva. Los elementos están fijados
lateralmente en una de las cubiertas que cubren las piezas huecas y
de este modo están asegurados contra pandeo.
D2 es el documento de mayor similitud a la
invención presente. En D2 (véase fig. 8), se revela una viga según
el concepto general de la reivindicación 1. El elemento constructivo
neumático presentado en D2 presenta al menos dos elementos de
tracción relativamente largos con respecto a la longitud del
elemento constructivo por estar enroscado alrededor de la pieza
hueca. Sometido a carga produce a una mayor flexión que si se
utilizan elementos de tracción más cortos. Además los nudos para la
absorción de fuerzas de apoyo que se encuentran arriba en el
elemento constructivo y no en el exterior del mismo, condicionan
construcciones de apoyos relativamente costosas para ser utilizados
como vigas. En D1, el elemento de tracción es una cubierta de gran
superficie que solo puede absorber fuerzas de tracción en forma
condicionada y únicamente puede ser tensada con gran esfuerzo
técnico.
El objetivo de la presente invención consiste en
la creación de vigas neumáticas con elementos de tracción y
compresión que posean una gran rigidez a la flexión, fabricadas en
forma sencilla y de bajo costo que pueden ser armadas fácilmente
para formar piezas constructivas y construcciones mas complejas como
techos y puentes, cuya construcción puede realizarse muy
rápidamente y que además puedan ser unidas en forma simple con
construcciones convencionales.
La solución del objetivo se indica en la parte
caracterizante de la reivindicación 1 en lo que se refiere a sus
características esenciales y en las reivindicaciones siguientes en
lo que se refiere a otros desarrollos ventajosos.
Sobre la base de los dibujos adjuntos se explica
más detalladamente el objeto de la invención mediante varios
ejemplos de realización.
Estos muestran:
Fig. 1 a, b una representación esquemática de
una viga neumática en vista lateral y transversal. Esta viga no
forma parte de la invención.
Fig. 2 a, b una representación esquemática de un
primer ejemplo de realización de una viga neumática en vista
lateral y en corte transversal.
Fig. 3 a, b una representación esquemática de un
segundo ejemplo de realización de una viga neumática como isometría
y en corte transversal.
Fig. 4 a, b una representación esquemática de un
tercer ejemplo de realización de una viga neumática en vista
lateral en estado desenrollado e inflado.
Fig. 5 una representación esquemática de un
primer ejemplo de realización de la unión no positiva de los
elementos de tracción/compresión en vista lateral.
Fig. 6 una representación esquemática de un
segundo ejemplo de realización de una unión no positiva de los
elementos de tracción/compresión en vista lateral.
Fig. 7 una representación esquemática de un
ejemplo de realización de un elemento de tracción/compresión en
planta.
Fig. 8-10 una representación
esquemática de tres ejemplos de realización de la forma de la pieza
hueca en vista lateral.
Fig. 11-13 una representación
esquemática de tres ejemplos de realización para varias piezas
huecas divididas en varias cámaras de presión en sección
longitudinal.
Fig. 14 una representación esquemática de un
cuarto ejemplo de realización de una viga neumática en vista
lateral.
Fig. 15 a-c una representación
esquemática de un primer ejemplo de aplicación para la unión de
varias vigas neumáticas. Esta viga y su aplicación no forman parte
de la invención.
La Fig. 1 es una representación esquemática de
una viga. Una viga 1 consiste de una pieza hueca 2 estirada
longitudinalmente con sus extremos terminados en punta, una barra
sometida a compresión 3 y un elemento de tracción 4. La pieza hueca
2 está formada por una cubierta 7 de material a prueba de gas,
flexible, de extensibilidad reducida. Como es difícil que un
material reúna todas estas propiedades, la pieza hueca 2 será armada
de una cubierta externa 7, flexible, de extensibilidad reducida y
una burbuja elástica interna a prueba de gas. La pieza hueca 2
puede ser inflada a través de una válvula 6 con gas a presión. Tanto
la barra sometida a presión 3, así como también el elemento de
tracción 4, se apoyan en la pieza hueca 2 a lo largo de líneas
generatrices diametralmente opuestas de la misma. La barra sometida
a presión 3 es unida con la pieza hueca 2 en forma no positiva,
mediante los medios apropiados, a lo largo de esta línea generatriz.
Esto puede efectuarse por ejemplo mediante uniones de burlete,
brazaletes o varias cintas que sujeten la pieza hueca 2. Los
extremos del elemento de tracción 4 están fijados en forma no
positiva en los extremos de la barra sometida a compresión 3.
Esta viga neumática 1 es apropiada para aquellas
aplicaciones en las cuales las fuerzas de compresión únicamente
actúan en una dirección sobre la viga 1. Esto rige por ejemplo
esencialmente para una viga de puente sobre la cual actúa la fuerza
del peso propio del puente y la carga útil. La barra de compresión 3
y el elemento de tracción 4 se encuentran en el plano de acción del
vector de carga que actúa sobre la barra de compresión 3 y esta
dirigida hacia el elemento de tracción 4. La pieza hueca 2 impide un
pandeo de la barra sometida a compresión 3, pudiendo ser exigido el
material de la barra de compresión 3 hasta el límite de fluencia.
Este es una fuerza considerablemente mayor que la fuerza de pandeo
de una barra. Además la pieza hueca 2 separa la barra sometida a
compresión 3 y el elemento de tracción 4 en el espacio. Una
construcción tal se destaca por el bajo consumo de material y el
bajo peso con una alta capacidad de carga. La fig. 1a muestra una
vista lateral y fig. 1b muestra la sección AA.
La Fig. 2 muestra un primer ejemplo de
realización de la viga neumática 1, como puede ser utilizada por
ejemplo para construcciones de techos. En los casos de vientos
fuertes, pueden presentarse sobre algunos sectores del techo,
fuertes fuerzas de succión que compensan por demás las fuerzas de
carga de dirección vertical. En el caso de una viga 1 utilizada de
este modo esto conduce a una inversión del efecto de la fuerza. En
fig. 2 se reemplazó el elemento de tracción 4 de fig. 1 exclusivo,
que se encuentra abajo, por un elemento de tracción/compresión 5; o
sea un elemento que puede absorber tanto fuerzas de compresión como
de tracción. El caso mas usual y sencillo de un elemento de
tracción/compresión es una segunda barra sometida a compresión 3.
Una barra tal podría ser fabricada por ejemplo de acero o aluminio,
ya que estos materiales poseen propiedades de tracción y compresión
igualmente buenas. Los materiales con insuficientes propiedades de
tracción pero buenas propiedades de compresión por otro lado,
podrán ser pretensados con cables de tracción por lo que también
podrían ser utilizados para la absorción de fuerzas de tracción. Un
ejemplo de material que se convierte en un material resistente a la
tracción es el hormigón pretensado con cables de acero. En la figura
2 dos elementos de tracción/compresión 5 rodean a la pieza hueca 2
a lo largo de dos líneas generatrices diametralmente opuestas. Los
elementos de presión/tracción 5 a su vez están sujetos a la línea
generatriz para evitar un pandeo bajo carga. Los elementos de
tracción/compresión 5 están unidos entre si en sus extremos y
sirven, según la dirección de la carga, como elemento de tracción o
presión. Está dentro de las ideas de la invención que ambos
elementos de tracción/compresión 5 puedan ser diferenciados en sus
propiedades como elemento de tracción o bien compresión. Por
ejemplo: los elementos de presión/tracción 5 pueden ser elegidos de
tal modo que el superior resista a fuerzas de compresión mayores
que el inferior. La fig. 2a muestra una vista lateral y la fig. 2b
muestra la sección BB.
En la fig. 3 se representa un segundo ejemplo de
realización de la idea de la invención. En los ejemplos precedentes
las vigas 1 básicamente se cargan en sentido vertical. Si una viga 1
por ejemplo es dispuesta de modo vertical y se la utiliza como
columna, entonces las fuerzas transversales esencialmente ya no
actúan en un sentido, sino que pueden actuar sobre la viga desde
todos los costados en una dimensión similar, como por ejemplo la
fuerza del viento. Para poder resistir fuerzas de todos los
costados, la viga 1 en fig. 3 dispone de tres elementos de
tracción/compresión 5, que están distribuidos en forma uniforme
alrededor del corte transversal de la pieza hueca 2 y a su vez
están sujetos a lo largo de las líneas generatrices y en sus
extremos están unidos en forma no positiva entre si. Al utilizar
esta viga 1 como columna portante además se ejerce sobre la misma
una carga axial. La idea de la invención abarca ejecuciones con más
de tres elementos de tracción/compresión 5 distribuidos alrededor
de la pieza hueca 2. La fig. 3a muestra una isometría y la fig. 3b
muestra la sección CC.
En la fig. 4 se muestra como una viga 1 completa
con pieza hueca 2 vacía, si los elementos de tracción/compresión 5
están fabricados de material elástico flexible, puede ser enrollada
a un tamaño pequeño por ejemplo para su transporte o
almacenamiento. La fig. 4a muestra a la viga 1 enrollada con la
pieza hueca 2 vacía y en fig. 4b se representa la viga 1 lista para
ser utilizada con la pieza hueca 2 en escala reducida. La viga 1 con
las piezas huecas 2 vacías y elementos de tracción/compresión 5
elásticas flexibles, también pueden ser dobladas, por ejemplo en
forma de S.
\newpage
En las figs. 5 y 6 se representan diferentes
posibilidades para la unión de los elementos de tracción/compresión
5 en los extremos de la viga 1. En la fig. 5 los elementos de
tracción/compresión 5 desembocan en una pieza final 9, que por
ejemplo puede comprender el extremo de la pieza hueca 2. En la pieza
final 9 se puede fijar por ejemplo un eje 8 para insertar la viga
en una unión constructiva; o la pieza final 9 puede estar conformada
de modo que pueda ser dispuesta directamente sobre un apoyo.
En la fig. 6, los extremos de los elementos de
tracción/compresión 5 están unidos mediante un eje 8.
La fig. 7 muestra un ejemplo de realización
ventajoso de un elemento de tracción/compresión 5 el cual posee una
sección mas ancha hacia los extremos y por ello una mayor rigidez a
la flexión. Esta construcción del elemento de tracción/compresión 5
tiene en cuenta el hecho que los elementos de tracción/compresión 5
deberán absorber en los extremos de la viga 1 momentos de flexión
mayores que en el centro de la viga 1. En la fig. 6, la mayor
rigidez a la flexión de los elementos de tracción/compresión 5 en
los extremos se logra mediante una sección mayor.
Las figs. 8-10 muestran
diferentes configuraciones de la pieza hueca 2. La sección de la
pieza 2 es básicamente circular en toda su longitud. También están
incluidas en el concepto de la invención, secciones que varían
según la longitud u otras, por ejemplo con un aplanamiento de la
sección de la pieza hueca para una mejor estabilidad lateral. La
fig. 8 muestra un ejemplo de realización de una pieza hueca
asimétrica 2 con una mayor curvatura en el lado superior de la viga
1 y con un lado inferior con una curvatura menor. La viga 1 con
piezas huecas 2 formadas de esta forma, presenta en la utilización
como viga de puente, ante una solicitación unilateral una flexión
especialmente baja. La fig. 9 muestra una pieza hueca 2 dispuesta
alrededor del eje longitudinal en forma de rotación simétrica. Se
trata fundamentalmente de un tubo cilíndrico con los extremos en
punta. La pieza hueca 2 en fig. 10 tiene una forma de gota en la
sección longitudinal.
En las figs. 11-13 se
representan diferentes ejemplos de realización con piezas huecas
divididas en varias cámaras 10. En la fig. 11, la pieza hueca está
dividida en varias cámaras 10 en diagonal al eje longitudinal, las
cámaras ocupan toda la sección de la pieza hueca 2. A estas cámaras
10 se les pueden aplicar diferentes presiones. En el ejemplo
representado hay una variante con tres regímenes de presión. P0 <
P1 < P2 < P3. Las presiones aumentan en dirección a los
extremos de la fig. 1. En la fig. 12, la pieza hueca 2 está
dividida en varias cámaras, fundamentalmente paralelas a la
dirección longitudinal, que básicamente se extienden a todo lo
largo de la pieza hueca 2. La fig. 13 muestra una combinación de
cámaras 10 divididas longitudinal y transversalmente. Los ejemplos
de realización de las figs. 11-13 tienen en común
que la pieza hueca consiste de una cubierta 7 flexible, de
extensibilidad reducida, por ejemplo de un tejido armado de aramida.
En esta cubierta 7 poco extensible se han dispuesto varias burbujas
11 de material extensible, a prueba de gas. Además los Webs 12
introducidos en la cubierta 7 externa sirven para fijar la posición
de las burbujas mediante presión y evitar el desplazamiento de
estas burbujas 11 dentro de la cubierta 7. Esto es ilustrado en un
lado de la viga 1 en la fig. 11. También puede pensarse y es acorde
a la invención dividir una cubierta 7 a prueba de gas con Webs 12 a
prueba de gas, en varias cámaras 10 como representado en las figs.
12, 13. La fig. 14 muestra otro ejemplo de realización de la
invención. Una viga 1 como descrito en la fig. 2 está doblado en
forma de arco externo o hacia arriba y por lo tanto presenta un
lado inferior cóncavo y un lado superior convexo. La distancia
entre ambos extremos de la viga 1 puede ser fijada tensionando los
extremos en estribos o mediante un elemento externo de tracción 14.
Al someterse a esta viga a carga desde arriba, ambos elementos de
tracción y compresión 5 son sometidos a presión, mientras que las
fuerzas de tracción son absorbidas por los estribos o el elemento
de tracción 14.
En la fig. 15 a-c, se muestra un
ejemplo de realización de vigas neumáticas 1 para la construcción de
un puente. En la ejecución según fig. 1 se unen dos vigas 1
mediante una de estas construcciones de calzada 13 que las unen y
se apoyan en las barras de compresión 3, formando un puente de
construcción ligera. Los profesionales especializados conocen
muchas formas de fabricar una calzada semejante, por ejemplo, con
material sintético reforzado con fibras en forma de construcción
sándwich. Por lo tanto no se tratará este tema en mayor detalle. La
fig. 15 a muestra un puente en planta, fig. 15b muestra la sección
DD y fig. 15c la sección EE.
Claims (17)
1. Viga neumática (1)
- -
- con una pieza hueca (2) alargada, de material flexible, a prueba de gas, inflable con gas comprimido,
- -
- además con al menos dos elementos de tracción/compresión (5) que pueden absorber tanto fuerzas de tracción como de compresión,
- -
- estos elementos de tracción/compresión (5) están dispuestos contra la pieza hueca (2), a lo largo de una línea generatriz de la misma y están unidas a la misma en forma no positiva,
caracterizada porque
- -
- la pieza hueca (2) termina en forma de punta en ambos extremos,
- -
- los al menos dos elementos de tracción/compresión (5) están unidos en forma no positivas en sus extremos y los elementos de tracción/compresión (5) en sus extremos están unidos de modo que rodean la pieza hueca (2).
2. Viga neumática (1) de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizada porque los como mínimo dos
elementos de tracción/compresión (5) están dispuestos alrededor de
la pieza hueca (2) en forma de rotación simétrica.
3. Viga neumática (1) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 2 caracterizada porque al menos uno de
los como mínimo dos elementos de tracción/compresión (5) solamente
deben absorber fuerzas de tracción y por lo tanto está conformado
como elemento de tracción (4) y al menos uno de los como mínimo dos
elementos de tracción/compresión (5) solamente debe absorber
fuerzas de compresión y por lo tanto está conformado como barra de
compresión (3) a lo largo de una línea generatriz de la pieza hueca
(2) en forma no positiva, y estando unido en forma no positiva en
ambos extremos con al menos un elemento de tracción (4).
4. Viga neumática (1) de acuerdo con la
reivindicación 3, caracterizada porque la barra de compresión
(3) esta dispuesta a lo largo de la línea generatriz de la pieza
hueca (2) diametralmente opuesta a un elemento de tracción (4) y
está unida a esta pieza hueca (2) en forma no positiva.
5. Viga neumática (1) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la pieza hueca
(2) presenta a lo largo del eje longitudinal fundamentalmente
secciones de forma circular.
6. Viga neumática (1) según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la pieza hueca
(2) está dividido en cámaras (10) inflables a presión,
transversales al eje longitudinal, estando estas cámaras (10)
dispuestas fundamentalmente en toda la sección de la pieza hueca
(2).
7. Viga neumática (1) de acuerdo con la
reivindicación 6, caracterizada porque las cámaras (10)
presentan un régimen de presión diferente y hacia los extremos de
la pieza hueca (2) son inflados con presiones mayores que en el
centro de la pieza hueca (2).
8. Viga neumática (1) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la pieza hueca
(2) esta dividida en varias cámaras (10) dispuestas fundamentalmente
en forma paralela al eje longitudinal, inflables con presión,
estando dispuestas estas cámaras (10) fundamentalmente a lo largo de
toda la pieza hueca (2).
9. Viga neumática (1) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque en ambos
extremos existen piezas finales (9) en las cuales se fijan en forma
no positiva barras de compresión (3), elementos de tracción (4) y
elementos de tracción/compresión (5).
10. Viga neumática (1) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque los elementos
de tracción/compresión (5) son flexibles y elásticos y la viga (2)
en estado no inflado puede ser enrollada y doblada.
11. Viga neumática (1) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque la fijación de
los elementos de presión/tracción (5) en la pieza hueca (2) se
realiza mediante
- -
- varias cintas que corren alrededor de la pieza hueca (2) y fijadas en los elementos de tracción/compresión (5) o
- -
- mediante brazaletes en los cuales se introducen los elementos de tracción/compresión (5), o
- -
- mediante burletes.
\newpage
12. Viga neumática (1) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque la pieza hueca
(2) consiste de una cubierta externa (7) y como mínimo una burbuja
interna (11) dispuesta dentro de ella, siendo fabricada la cubierta
externa (7) de material flexible de extensibilidad reducida y la
burbuja interna (11) de una membrana elástica hermética.
13. Viga neumática (1) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 6 a 8 y 12, caracterizada porque la cubierta
externa (7) de la pieza hueca esta divida en varias cámaras (10)
con Webs (12).
14. Viga neumática (1) de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque la viga (1)
tiene una forma arqueada.
15. Viga neumática (1) de acuerdo con la
reivindicación 14, caracterizada porque los extremos de la
viga (1) de forma arqueada están unidos mediante un elemento de
tracción (14) externo no apoyado en la pieza hueca (2).
16. Utilización de vigas neumáticas (1) de
acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15, como elemento
portante en la construcción en altura y terrestre.
17. Utilización de al menos dos vigas neumáticas
(1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15 como viga de
puente, estando la construcción de calzada (13) apoyada sobre los
elementos de tracción/compresión (5) que se encuentran arriba y
fijadas en ellos.
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