ES2347035A1 - Seccion hibrida base cemento prefabricada y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Sección híbrida base cemento prefabricada y procedimiento para su fabricación. Comprende una estructura multicapa (1) especialmente indicado para obras de sostenimiento (túneles, muros pantalla, muros de sótano, etc.), fabricada a partir de la superposioión de al menos dos capas (2, 3) de CBC (cement based composites) compatibles y con propiedades mecánicas diferenciadas que permiten resolver una función específica, (aislante frente al fuego, mayor resistencia frente a impactos, impermeabilidad, etc.) o si así se requiere funciones combinadas. Estas capas (2, 3 y 4) de hormigón son moldeadas y unidas en una sola fase y en cualquier caso sin usar capas de adherencia adicionales, teniendo al menos una de estas capas (2, 3 ó 4) funciones estructurales. La presente invención tiene como ventaja principal la sinergia que se consigue al utilizar capas (2, 3 y 4) de CBC con propiedades mecánicas diferenciadas, trabajando de la forma en que resulten más aptas, y poder contar así con elementos estructurales mucho más eficientes.
Description
Sección híbrida base cemento prefabricada y
procedimiento para su fabricación.
La presente invención pertenece al campo de la
construcción, y más concretamente al diseño y fabricación de
secciones híbridas base cemento prefabricadas, para su aplicación en
obras de sostenimiento (tales como túneles, muros pantalla, muros de
cimentación, etc.).
El objeto principal de la presente invención es
conformar una sección estructural con propiedades mejoradas para la
obtención de elementos estructurales más eficientes.
La creciente demanda en ingeniería de contar con
soluciones prefabricadas de sostenimiento (túneles, muros pantalla,
muros de sótano, etc.) con una mayor vida en servicio, a la vez que
con prestaciones adecuadas a distintos procesos de fabricación,
transporte y/o puesta en obra mecanizados ha impulsado el desarrollo
de nuevas soluciones a medida [Tailor made concrete structures. New
solutions for our society, Eds. J. Walraven and D. Stoelhorst, ISBN
978-0-415-47535-8,
1196 págs].
Actualmente, existen dos grandes planteamientos
de cómo abordar el complejo objetivo de integrar las distintas
exigencias (acciones mecánicas, medioambientales, ignífugas,
acústicas, etc.) a las distintas prestaciones efectivas que pueda
tener el elemento de sostenimiento.
La primera tendencia propugna el uso de nuevas
tecnologías de materiales compuestos base cemento, los también
llamados CBC (cement based composites) basadas, por ejemplo, en la
modificación de su matriz o pasta de cemento, utilizando una
tipología de fibras, o bien cócteles de fibras (fibras de distintos
tamaños y tipos) con el fin de conferir al elemento estructural
importantes mejoras. De esta manera, se obtiene una mejor ductilidad
o resistencia al impacto utilizando fibras de acero, o una mejor
aptitud ante el fuego si se usan fibras de polipropileno o a ambos
si se combinan de forma adecuada ambos tipos [Perumalsamy N.
Balaguru, Sarendra P. Shah, "Fiber reinforced cement
composites", Mc Graw Hill International Editions 1992.], [Arnon
Bentur & Sidney Mindess, "Fibre reinforced cementitious
composites" Elsevier applied science London and Newyork 1990],
[J.J. Beaudoin, CBD-223.
Fibre-Reinforced Concrete, 1982], [Proceedings of
JSCE (Japan Society of Civil Engineers), Properties of fiber
reinforced concrete subjected to high temperature, 2005].
La segunda tendencia propugna el uso de
soluciones de protección pasiva a base de capas que se aplican
(pinturas, morteros proyectados) o se adhieren (paneles antifuego,
barreras acústicas) a los segmentos de hormigón estructural en
general tras su montaje, mediante el uso de adhesivos o técnicas
especiales, [Insulated fiber cement siding, Patent Application
20060053740], [Concrete sandwich panel, EP1982030251] [Ductal
elements Monaco Train Station,
http://www.ductal-lafarge.com/wps/portal/Ductal/DiscoverDuctal/Architect/References]
[http://www.cbbnfireproo-
fing. nl/htm/projects.htm].
fing. nl/htm/projects.htm].
Mientras que las primeras soluciones en general
conllevan mayores costes en materiales, complejidad y costes de
producción, las segundas, si bien optimizan el uso de materiales,
conllevan por lo general mayores costes de instalación, ya que
requieren trabajos previos o posteriores a la instalación del propio
elemento estructural.
Son las condiciones adversas (temperatura,
humedad y presencia de agentes químicos nocivos) las que combinadas
con la aparición de fisuras, las que provocan el deterioro temprano
de las armaduras [A. Bentur, Steel Corrosion in Concrete:
Fundamentáis and Civil Engineering Practice (Modern Concrete
Technology, 1998], en especial las del extradós (cara exterior o en
contacto con el terreno), reduciendo de manera importante la
integridad estructural del elemento [Nuevas tendencias en los
revestimientos de túneles,
www.geoconsult.es/fotos/publicaciones/TendenciasRevestimien-tos.pdf].
En el caso de los distintos elementos de
sostenimiento del terreno, fabricados con hormigón armado, el agua
ataca al hormigón y al acero deteriorándolos, lo que obliga a una
reparación del revestimiento, que normalmente requerirá el cierre
del túnel al tráfico. Por otra parte, el agua que cae sobre la
calzada puede resultar peligrosa para los vehículos por la
posibilidad de deslizamientos e incluso de formación de placas de
hielo.
La colocación de capas drenantes [A. Rico, A.
Rico Rodríguez, H. del Castillo, La ingeniería de suelos en las vías
terrestres: carreteras, ferrocarriles y aeropistas, ISBN 9681800796,
9789681800796, 2002] así como el empleo de hormigones más
impermeables [Stephen W. Forster, Ph.D., P.G., High- Performance
Concrete: Understanding the Basics, 2006], [Aitcin, P.-C., and
Neville, A., "High-Performance Concrete
Demystified", Concrete International, V. 15, No. 1, pp.21
-26.], son una solución que permite paliar estos problemas pero que
requiere de trabajos preliminares, lo que implica un mayor coste de
mano de obra y una mayor exigencia de control debido a que se trata
de un trabajo que necesariamente debe ser realizado in situ.
Por otra parte el uso de hormigones u otros materiales estructurales
base cemento más impermeables o de matriz más densa, resultan mucho
más susceptibles al efecto del desconchamiento o explosión frente a
acciones tales como el fuego [HIgh TEmperatute COncrete and
SPalling, EURAM-HITECO Project], [Upgrading methods
for fire safety in existing TUNnels, EU-UPTUN
Project 2002-2006]. Es por ello que o bien se
colocan fibras de polipropileno o se protege el elemento con una
capa ignífuga en la zona del intradós (o cara interior opuesta a la
del terreno).
Cabe citar incluso como capa en la zona del
intradós o extradós, la utilización de soluciones porosas [ACI
522-06 (2006). "Pervious Concrete". American
Concrete Institute Committee 522 Bear, J. (1972). "Dynamics of
fluids in porous media", Elsevier, New York.], [Neithalath, N.,
Weiss, J., and Olek, J. (2005). "Modeling the influence of pore
structure on the acoustic absorption of enhanced porosity
concrete", Journal of Advanced Concrete Technology, Japan
Concrete Institute, 3(1), 29-40] que
proporcionan capas densas de agregados y granulometría equilibrada.
Se ha comprobado que estas soluciones presentan grandes ventajas
acústicas y de confort: capacidad de absorción del ruido, seguridad
y drenaje del agua.
En el proceso de preparación del hormigón es
común añadir aditivos superplastificantes. Estos aditivos son
empleados para aumentar la plasticidad, reducir la cantidad de agua
de amasado y acelerar el fraguado del hormigón, entre otros. Además
permiten obtener hormigones de altas resistencias y gran
impermeabilidad, siendo el aditivo recomendado además para
hormigones autocompactantes.
En cuanto a las técnicas constructivas, el
hormigón estructural armado, (u hormigón estructural tradicional),
consiste en la utilización de hormigón reforzado con barras o mallas
de acero.
Por otra parte el armado tridimensional consiste
en reforzar el hormigón o el CBC con fibras durante su proceso de
preparación. Existen diferentes tipos de fibras, tales como fibras
metálicas (acero), fibras sintéticas (polipropileno) o fibras de
vidrio, que le confieren importantes mejoras, resistencia,
tenacidad, protección contra el fuego, durabilidad, control de
fisuración, etc. Estas fibras se añaden a la hormigonera o a la
mezcladora de la planta de fabricación, siendo recomendable
introducirla junto con la arena y los áridos o bien cuando el
hormigón ya esté mezclado.
Mediante la sección híbrida prefabricada objeto
de la presente invención se resuelven los inconvenientes
anteriormente citados, proporcionando una estructura multicapa para
su aplicación en obras de sostenimiento (túneles, muros pantalla,
cerramientos de sótanos, etc.), fabricada a partir de la
superposición de al menos dos capas, de CBC (cement based
composites), compatibles y con propiedades mecánicas diferenciadas
que permiten resolver una función específica, (aislante frente al
fuego, mayor resistencia frente a impactos, impermeabilidad, etc.) o
si así se requiere funciones combinadas, moldeadas y unidas en una
sola fase y en cualquier caso sin usar capas de adherencia
adicionales, teniendo al menos una de estas capas funciones
estructurales.
Respecto al procedimiento de fabricación de la
sección híbrida prefabricada objeto de invención comprende las
siguientes etapas:
- -
- preparación de la primera capa de CBC con una propiedad diferenciada,
- -
- vertido de la primera capa sobre un molde hasta que se alcanza el espesor correspondiente,
- -
- preparación de la segunda capa de CBC atendiendo a otra propiedad diferenciada,
- -
- vertido de la segunda capa sobre la primera capa, y así sucesivamente, efectuándose dicho vertido antes del fraguado de la capa anterior para garantizar así una adecuada unión entre las capas,
- -
- espera del tiempo que se estime oportuno, una vez terminada la colocación de las capas, hasta conseguir el curado del bloque, que será el elemento estructural final conformado.
El vertido de cada capa se realiza por simple
adherencia, debida al efecto de unión química del fraguado, por lo
que se recomienda usar el mismo tipo de cemento y aditivo
superplastificante, aunque es suficiente con que sean
compatibles.
Los espesores y requisitos inherentes de las
capas, vendrán condicionados por los requisitos de cada obra en
particular, los cuales determinarán el tipo de CBC a preparar para
conformar cada capa.
La sección híbrida puede utilizar armado
tradicional o mallazo (barras de acero) para su conformación, en
este caso la estructura de ferralla, con sus correspondientes
separadores, se coloca sobre una capa previa que tenga unas
características tales que permitan evitar una incorrecta situación
de la misma.
Asimismo se pueden utilizar armados
tridimensionales (refuerzo con fibras) para la conformación de las
capas, en este caso se procede como en el caso de cualquier otra
capa de CBC.
También es posible el empleo de soluciones
porosas o basadas en unos principios para conseguir una estructura
densa de agregados, de granulometría equilibrada, la misma se coloca
sobre una capa previa que tenga unas condiciones de viscosidad tales
que permita la intrusión del material de esa capa sobre la de la
solución porosa.
La sección híbrida objeto de invención tiene
como ventaja principal la sinergia que se consigue al utilizar capas
de CBC con propiedades mecánicas diferenciadas, trabajando de la
forma en que resulten más aptas, y poder contar así con elementos
estructurales mucho más eficientes desde el punto de vista de la
resistencia, rigidez, capacidad de deformación, durabilidad frente a
la acción continua del agua, que puede afectar a su capa de extradós
(cara exterior del elemento), o el fuego, que puede afectar a su
capa de intradós (cara interior del elemento).
La presente invención permite además optimizar
el uso de materiales en obra al realizarse durante el proceso de
prefabricación, evitando trabajos adicionales de colocación de
elementos de protección pasiva y obteniendo una mayor rapidez en las
obras, un mejor control de calidad, así como una reducción de los
espesores de cada capa, con el considerable ahorro en el coste final
que todo esto conlleva.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, 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:
Figura 1.- Muestra una vista seccionada de una
sección híbrida para la formación de una dovela compuesta por tres
capas de CBC con propiedades mecánicas diferenciadas.
En la figura 1 a título de ejemplo se puede
observar una sección híbrida prefabricada que proporciona una
estructura multicapa (1) para la formación de una dovela destinada
al revestimiento de túneles, compuesta a partir de la superposición
de tres capas (2, 3 y 4) de distintos CBC, compatibles y con
propiedades mecánicas diferenciadas que permiten resolver cada uno
una función específica, (aislante frente al fuego, mayor resistencia
frente a impactos, impermeabilidad, etc.), insertadas en un molde
hasta conseguir el espesor correspondiente para cada capa.
Dicha sección híbrida está conformada por una
primera capa (2) de CBC que contiene funciones de resistencia y
tenacidad, reforzado con fibras de acero (5), una segunda capa (3)
de CBC con funciones estructurales, armado con barras (6) de acero
(mallazo), y una tercera capa (4) de CBC reforzado con fibras de
polipropileno (7) que actúa de aislante frente al fuego, y que
corresponde con la cara de intradós (cara interior del túnel).
Respecto al procedimiento de fabricación de la
sección híbrida arriba descrita, comprende las siguientes
etapas:
- -
- preparación de la primera capa (2) de CBC tipo 1,
- -
- adición de las fibras de acero (5) aumentando así su tenacidad, rigidez y resistencia al impacto,
- -
- vertido de esta primera capa (2) sobre el molde hasta que se alcanza el espesor indicado para esta capa,
- -
- preparación de la segunda capa (3) de CBC tipo 2,
- -
- vertido de la segunda capa (3) sobre la primera capa (2), efectuándose dicho vertido antes del fraguado de la capa anterior para garantizar así una adecuada unión entre las capas (2, 3),
- -
- preparación de la tercera capa (4) de CBC tipo 3,
- -
- adición de las fibras de polipropileno (7) para un mejor comportamiento frente al fuego,
- -
- vertido de la tercera capa (4) sobre la segunda capa (3), efectuándose dicho vertido antes del fraguado de la capa anterior para garantizar así una adecuada unión entre las capas (3, 4),
- -
- espera del tiempo que se estime oportuno, una vez terminada la colocación de todas las capas (2, 3 y 4), hasta conseguir el curado del bloque, que será el elemento estructural final conformado.
Preferentemente se añaden materiales granulares
especiales con o sin adicción de fibras (5, 7) varias durante la
preparación de las capas (2, 3 ó 4) para un mejor comportamiento
frente al fuego.
Claims (13)
1. Sección híbrida base cemento prefabricada
para la conformación de elementos estructurales más eficientes,
especialmente indicado para obras de sostenimiento,
caracterizada porque comprende una estructura multicapa (1)
formada a partir de la superposición de al menos dos capas (2, 3) de
CBC (cement based composites), compatibles y con propiedades
mecánicas diferenciadas que permiten resolver una función
específica, moldeadas y unidas en una sola fase y en cualquier caso
sin usar capas de adherencia adicionales, teniendo al menos una de
estas capas (2, 3) funciones estructurales.
2. Sección híbrida prefabricada de acuerdo con
reivindicación 1, caracterizada porque está formada por tres
capas (2, 3 y 4) de CBC compatibles y con propiedades mecánicas
diferenciadas.
3. Sección híbrida prefabricada de acuerdo con
reivindicación 2, caracterizada porque la primera capa (2) de
CBC está reforzada con fibras de acero o vidrio (5) o ambas,
teniendo esta capa (2) funciones de resistencia y tenacidad a la vez
que mejor comportamiento a edad temprana.
4. Sección híbrida prefabricada de acuerdo con
reivindicación 2, caracterizada porque la segunda capa (3)
está fabricada de un CBC armado con barras (6) de acero, teniendo
dicha capa (3) funciones estructurales.
5. Sección híbrida prefabricada de acuerdo con
reivindicación 2, caracterizada porque la segunda capa (3)
está fabricada de un CBC con armado tridimensional de distintos
tipos de fibras, teniendo dicha capa (3) funciones
estructurales.
6. Sección híbrida prefabricada de acuerdo con
reivindicación 2, caracterizada porque la tercera capa (4) de
CBC está reforzada con fibras de polipropileno (7) para mejorar su
comportamiento frente al fuego.
7. Sección híbrida prefabricada de acuerdo con
reivindicación 2, caracterizada porque la tercera capa (4) de
CBC está conformada con materiales granulares especiales con o sin
adicción de fibras (5, 7) varias.
8. Procedimiento de fabricación de la sección
híbrida prefabricada caracterizado porque comprende las
siguientes etapas:
- -
- preparación de una primera capa (2) de un CBC tipo 1,
- -
- vertido de esta primera capa (2) sobre un molde hasta que se alcanza el espesor indicado para esta capa,
- -
- preparación de una segunda capa (3) de un CBC tipo 2,
- -
- vertido de la segunda capa (3) sobre la primera capa (2), y así sucesivamente, efectuándose dicho vertido antes del fraguado de la capa anterior para garantizar así una adecuada unión entre las capas (2, 3),
- -
- espera del tiempo que se estime oportuno, una vez terminada la colocación de todas las capas (2, 3), hasta conseguir el curado del bloque, que será el elemento estructural final conformado.
9. Procedimiento de acuerdo con reivindicación
8, caracterizado porque se adicionan fibras de acero (5)
durante la preparación de las capas (2, 3 ó 4) para conseguir que
éstas sean más rígidas y resistentes al impacto.
10. Procedimiento de acuerdo con
reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque se emplea
hormigón armado, mallazo, utilizando barras (6) de acero, para la
fabricación de las capas (2, 3 ó 4) con funciones estructurales.
11. Procedimiento de acuerdo con
reivindicaciones 8, 9 ó 10, caracterizado porque se adicionan
fibras de polipropileno (7) durante la preparación de las capas (2,
3 ó 4) para un mejor aislamiento frente al fuego.
12. Procedimiento de acuerdo con
reivindicaciones 8, 9 ó 10, caracterizado porque se añaden
materiales granulares especiales con o sin adicción de fibras (5, 7)
durante la preparación de las capas (2, 3 ó 4) para un mejor
comportamiento frente al fuego.
13. Procedimiento de acuerdo con reivindicación
8, caracterizado porque cada capa (2, 3 y 4) es de un
material capaz de fluir y consolidar bajo su propio peso, sin que se
produzca segregación.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200930081A ES2347035B1 (es) | 2009-04-21 | 2009-04-21 | Seccion hibrida base cemento prefabricada y procedimiento para su fabricacion. |
| PCT/ES2010/070243 WO2010122201A2 (es) | 2009-04-21 | 2010-04-21 | Sección híbrida base cemento prefabricada y procedimiento para su fabricación |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| ES2347035A1 true ES2347035A1 (es) | 2010-10-22 |
| ES2347035B1 ES2347035B1 (es) | 2011-08-11 |
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|---|---|---|---|
| ES200930081A Expired - Fee Related ES2347035B1 (es) | 2009-04-21 | 2009-04-21 | Seccion hibrida base cemento prefabricada y procedimiento para su fabricacion. |
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|---|---|
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| WO (1) | WO2010122201A2 (es) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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- 2009-04-21 ES ES200930081A patent/ES2347035B1/es not_active Expired - Fee Related
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- 2010-04-21 WO PCT/ES2010/070243 patent/WO2010122201A2/es active Application Filing
Patent Citations (5)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010122201A3 (es) | 2012-12-27 |
| ES2347035B1 (es) | 2011-08-11 |
| WO2010122201A2 (es) | 2010-10-28 |
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