ES2539302A1

ES2539302A1 - Sistema para el confinamiento transversal de pilares de hormigón mediante collarín metálico

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Publication number: ES2539302A1
Application number: ES201331917A
Authority: ES
Inventors: Juan Rafael PÉREZ CABRERA; Benjamín COVA ALONSO
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2015-06-29
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: ES2539302B1

Abstract

El sistema para el confinamiento transversal de pilares de hormigón mediante collarín metálico consiste en un procedimiento para el desarrollo e instalación de un collarín metálico para el confinamiento transversal de pilares de hormigón estructural de cualquier sección, realizado a base de trozos de alas de perfiles de acero laminado en caliente tipo "H" o "doble T" procedentes de mermas y despuntes que se someten a cortes, curvados y soldaduras hasta obtener las secciones requeridas, de utilidad en reparaciones y refuerzos de pilares de hormigón estructurales ya existentes.

Description

Sistema para el confinamiento transversal de pilares de hormigón mediante collarín metálico.

OBJETO DE LA INVENCiÓN

La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, consiste en un procedimiento para el desarrollo e instalación de un collarín metálico para

10 el confinamiento transversal de pilares de hormigón estructural de cualquier sección, realizado a base de trozos de alas de perfiles de acero laminado en caliente tipo "H" o "doble T" procedentes de mermas y despuntes que se someten a cortes, curvados y soldaduras hasta obtener las secciones requeridas.

15 La invención encuentra su campo de aplicación en la construcción de edificios u obra civil, especialmente en el ámbito de actuaciones encaminadas a la reparación y refuerzo de pilares de hormigón estructurales ya existentes.

ANTECEDENTES EN EL ESTADO DE LA TÉCNICA

20 La serie de piezas metálicas que se presenta, debidamente manipuladas y unidas, tiene como principal utilidad la de poder conformar encofrados para morteros fluidos de altas prestaciones, erigiéndose además en un conjunto resistente capaz de atender a la reparación y el refuerzo de pilares de hormigón estructural, por los efectos del

25 confinamiento transversal de su sección.

La posibilidad de reutilizar trozos sobrantes de perfiles laminados (alas de la sección tipo "H" o "doble T") para construir sistemas constructivos que refuercen y reparen pilares de hormigón estructural dañados o degradados de edificios es, sin duda, el principal interés

30 de la invención que aquí se presenta por su evidente impacto, por un lado, en la reducción del coste de la materia prima empleada y, por otro, en la mejora en el comportamiento medioambiental de los procesos constructivos.

El conjunto resultante de la unión entre sí de las ya citadas chapas recicladas objeto de invención, cuenta con importantes ventajas en relación al fin que persigue y respecto a otras técnicas presentes en el estado de la técnica tal y como se enumeran a continuación:

A. Posibilita actuar con total eficacia en aquellos pilares que cuentan con un deterioro tal que no es aconsejable por razones de seguridad:

a. Realizar ni siquiera pequeñas campañas de investigación de su estado que 10 supongan leves afecciones a su masa.

b. Ejecutar una eficaz preparación de la superficie del hormigón para permitir solidarizar a él:

15 • Los sistemas estructurales formados por angulares en esquinas unidos transversalmente por presillas metálicas.

• Compuestos adheridos al hormigón, generalmente con resinas epoxi (polímeros

reforzados con fibras de carbono o de vidrio, morteros de reparación ... ).

•: Puentes de unión sobre hormigones sanos (no carbonatados) para efectuar recrecidos de las secciones originales.

•: Anclajes metálicos a modo de conectores con otros elementos estructurales

25 mediante taladros para así unir nuevos cercos que permitan armar convenientemente recrecidos de hormigón.

c. Efectuar la desconexión completa del pilar de las fábricas de bloques o ladrillos, dinteles, carpinterías, pantallas de hormigón o cualquier otro elemento constructivo

30 que pudiera estar solidarizado a él. Se ha de tener presente que, en determinadas circunstancias, la incierta inestabilidad estructural de un edificio obliga a actuar con especial prudencia y en fases, evitando en todo momento crear desequilibrios y afecciones. El sistema que aquí se presenta, al contrario de otros, permite ejecutar

las reparaciones en fases sin necesidad de desvincular el pilar por completo de los

elementos constructivos a los que estuviera unido.

B.: Posibilita actuar en emergencia, con total eficacia y seguridad, en pilares fuertemente

5: dañados donde las circunstancias específicas (importantes cargas, edificio en altura ... )

hacen inviable:

a. Desalojos masivos de personas y bienes para poder ejecutar medidas de

seguridad,

10

b. Apuntalamientos de seguridad:

• Que, dificulten o compliquen físicamente actuaciones posteriores.

15: • Que para garantizar su correcto funcionamiento, pudieran necesitar de

demoliciones que lleguen a dañar a sistemas constructivos del edificio o poner en

riesgo la propia seguridad de los operarios.

• Cuya entidad (magnitud) resultase ya de por sí antieconómica comparándola con

20: la ejecución directa de la propia reparación con el sistema propuesto, aún

dimensionándolo para que se constituya en la solución definitiva al problema

suscitado.

C.: Poder intervenir localmente en la reparación sólo de aquellas zonas de un pilar en que

25: se manifiestan daños, ya sea en el propio hormigón (zonas golpeadas, zonas

químicamente degradadas .. . ) como en el acero (roturas de estribos, fuerte oxidación

de las armaduras principales ... ) superponiendo módulos del sistema propuesto sólo

hasta cubrir la zona afectada, con lo que se evita ampliar innecesariamente la

actuación a toda la longitud del pilar, como sí obliga otras técnicas usadas para la

30: reparación de pilares.

D.: El poder reparar y reforzar pilares con el menor recrecido posible de su geometría

original cuando las exigencias funcionales así lo demande. Este requerimiento es

especialmente necesario en pilares situados en edificios que cuenten con:

5: a. Elementos patrimoniales a conservar.

b. Zonas de circulaciones de vehículos, aparcamientos.

c. Vías para la evacuación de emergencia de recintos.

10

d. Estrictas limitaciones en los planos de fachada.

E.: Se desea disponer de medidas de seguridad en pilares sanos que cuenten con

secciones ajustadas para:

15

a. Acometer campañas de investigación de su estructura por medio de ensayos

basados en técnicas destructivas para así cuantificar, por ejemplo, la viabilidad de

someterlo a un nuevo estado de cargas.

20: b. Poder realizar con seguridad demoliciones que supongan atender otras

reparaciones o refuerzos en el mismo pilar tales como saneados de áreas

degradadas y así poder en una fase posterior situar los propios módulos

propuestos lo más cercano posible a su geometría actual, siempre que esté

demandado por estrictos requerimientos funcionales.

25

F.: Garantía de una correcta fabricación y ejecución tanto de:

a. La pieza metálica en sí:

30: • Al precisar de un montaje en blanco (montaje previo en el taller y posterior

desmontaje para llevarlo a la obra).

• Al permitir la ejecución de amplios cordones de soldadura (de disposición vertical

ascendente), por lo que existe plena garantía de su eficacia estructural, tanto si

se realizan en taller como en la obra.

5

b. Como del material de relleno :

• Utilizando una sencilla tolva, permite efectuar un correcto vertido del fluido

mortero de relleno y en fases.

\O

• La disposición curva de la unión del resalte interior (nervio rigidizador) con la

chapa favorece la imposibilidad de la formación de coqueras del relleno del

mortero, a la vez que favorece su adherencia con las chapas metálicas.

15: G. Formales y estéticas, ya que el sistema supone la perfecta ejecución de un encofrado

perdido a medida para cada pilar.

H.: En pilares apantallados, el poder atender eficazmente al confinamiento de las

armaduras verticales comprimidas de las zonas centrales de las caras de mayor

20: longitud que no cuentan con estribos suficientes o que estos están rotos. El sistema

que se propone hace innecesario el tener que actuar agresivamente sobre el soporte

atravesándolo con armaduras transversales. Conviene aclarar que en los casos de

secciones rectangulares, los encamisados a base de polímeros reforzados con fibras

de carbono o de vidrio resultan del todo ineficaces para atender a este problema, dada

25: su nula rigidez transversal.

Por el contrario, en el sistema propuesto con la presente invención tanto la curvatura

que se le aplica a las placas metálicas que conforman las caras de mayor longitud,

como el espesor de las chapas o el canto de su rigidizador central, se pueden

30: dimensionar para que la deformación del conjunto sea la adecuada o, lo que es lo

mismo, inferior a la que en régimen elástico puede ll egar a alcanzar la armadura

transversal con la que debería contar el pilar.

Recordemos además que una serie de módulos superpuestos (con chapas de altura máxima en torno a los 300 mm) puede dejar a sus rigidizadores, si así se desea, separados verticalmente en distancias similares al del estribado necesario.

Mediante este sistema ya no será necesario plantear secciones circulares metálicas como única opción para garantizar eficazmente el confinamiento de una sección de hormigón comprimida.

10 l. Especialmente en ambientes de baja humedad ambiental permite frenar definitivamente el avance de la degradación en los hormigones porosos que han sido dañados por la degradación química de sus componentes. La barrera que supone el módulo metálico propuesto y el mortero predosificado evita la presencia de C02 y otros gases ácidos y, por tanto, garantiza la ausencia de nuevas reacciones químicas con los componentes

15 del cemento.

J. Conferir al pilar la estabilidad al fuego requerida por el recinto en que se encuentra.

K. Dotar a los pilares en su encuentro con los forjados de mayor resistencia frente a las 20 acciones horizontales de todo tipo (viento, sismo, impactos de vehículos ... ).

lo Posibilidad de mecanizar en taller gran parte de las piezas, y por tanto mayor economía en la fabricación.

25 M. Limpieza en la ejecución, fácil de transportar ... rapidez en su montaje.

N. El empleo de este sistema no precisa necesariamente obras de preparación especial de la superticie del pilar ni siquiera su regularización geométrica.

30 o. En tramos enterrados de pilares que ya cuenten con módulos del sistema propuesto el conjunto permite excavar con seguridad en sus alrededores hasta alcanzar su cimentación con el fin de continuar su total reparación y garantizar además su protección frente a la humedad del subsuelo. El nervio interior de la placa supone un perfecto conector al mortero impidiendo su descenso.

P. En combinación con microhormigones, morteros inyectados a una determinada

5 presión o morteros ligeramente expansivos de retracción controlada, se puede erigir en un sistema competitivo de refuerzo de pilares para atender por confinamiento a incrementos importantes de cargas. Sobre todo cuando este aumento de cargas se pretende realizar sobre pilares degradados.

10 Q. En el caso en que se considerase necesario, el resalte interior de estas chapas, puede considerarse como el elemento tipo conector capaz de garantizar la adecuada transmisión de cargas axiles desde el pilar a las chapas verticales del sistema propuesto a través del hormigón/mortero de relleno entre ambos.

15 Así, por el efecto del rozamiento entre la cara del pilar y el hormigón/mortero, las acciones verticales se transmiten a este y por medio del resalte a las chapas verticales. El encamisado de pilares mediante los módulos metálicos objeto de la presente invención, además de confinar transversalmente el hormigón del pilar, también puede colaborar pues como elemento para su refuerzo vertical, resistiendo

20 parte o el total del axil a compresión que actúe sobre dicho soporte.

EXPLICACiÓN DE LA INVENCiÓN

A modo explicación de la invención "Sistema para el confinamiento transversal de pilares

25 de hormigón mediante collarín metálico" éste se lleva a cabo mediante el despliegue de las siguientes etapas:

a) Identificación de la zona del pilar de hormigón estructural sobre la que se desea actuar.

30 b) Evaluación de trozos disponibles de perfiles laminados 'doble T' resultado de las mermas acopiadas procedentes de otras obras ya ejecutadas. Chapas metálicas estandarizadas de alturas reducida, generalmente inferior a 300 mm. en una

amplia gama de espesores, rigidizadas con un nervio central de canto también

variable según el corte que se desee realizar. Al respecto, es importante indicar la

posibilidad de admitir pertiles arqueados, es decir, obtener mediante cilindrado

chapas de directriz curva.

5

c): Selección de entre los perfiles disponibles, los más idóneos de acuerdo a los

requerimientos estructurales del pilar a reparar o reforzar.

d): Cálculo mediante aplicación informática específica, de la línea de corte longitudinal

10: a realizar sobre el alma de los perliles seleccionados.

e): Limpieza mediante granallado de los perfiles seleccionados.

f): Corte transversal de los perliles de acuerdo a las dimensiones del pilar y al grosor

15: elegido para el mortero.

g): Realización de un biselado a 45° en los extremos del alma de cada perfil.

h): Identificación del proceso de montaje óptimo en términos de eficacia y eficiencia

20: respecto a los elementos que se van a soldar en taller, respecto a lo que se van a

soldar en la propia obra.

i): Ejecución de soldadura prevista en taller y prueba de montaje.

25: j) Montaje sobre el pilar que se desea actuar y ejecución de soldaduras previstas en

campo hasta obtener un sistema perfectamente solidario entre sí gracias a la

impecable calidad de sus componentes especialmente la de la unión curva

ejecutada en el propio laminado original de la pieza, que posibilita, una vez

soldadas entre sí, conformar el encofrado metálicos que superpuestos alrededor

30: de pilares de hormigón estructural, generan una camisa metálica con capacidad

para repararlo y lo reforzarlo.

k) Una vez montado el conjunto de perfiles en torno al pilar, se procede al vertido de un mortero con retracción controlada y consistencia fluida o líquida, preferiblemente predosificado.

5 Al respecto es importante resaltar cómo el proceso de unión, hasta conformar un módulo básico compuesto por cuatro placas, se lleva a cabo mediante soldadura de placas contiguas según cordón continuo en sus lados en contacto así como en bisel también en contacto practicado en alma de ambas placas.

10 Debe tenerse en cuenta que la eficacia de los refuerzos y reparaciones de pilares por confinamiento, requiere la práctica indeformabilidad del perímetro exterior ejecutado. Para ello, las formas de sección circular son en general las más adecuadas frente a las rectas.

En el caso concreto de los pilares rectangulares, la ejecución de envolventes circulares 15 demandaría una gran superficie de la que no siempre se dispone, además de generar complicaciones constructivas y de importantes costos muchas veces inasumibles.

Por último, es importante indicar que la rigidez de las placas que conforman cada módulo, sobre todo si éstas se diseñan con una cierta curvatura, permite en las piezas reparadas y

20 reforzadas alcanzar deformaciones transversales iguales o menores que las que se conseguiría si el confinamiento del pilar se resolviese con cualquiera de las técnicas tradicionales tales como recrecido con encamisado de hormigón armado, empresillados metálicos de angulares con presillas.

25 Desde el punto de vista estructural, una aplicación informática específica permite justificar la solución adoptada en los términos establecido en la normativa específica aplicable.

DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS

30 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 esta descripción, un juego de figuras en las que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.-Muestra una vista en perspectiva principal de pilar a reparar.

Figura 2.-Muestra una vista en perspectiva principal de perfil metálico en su estado original.

Figura 3.-Muestra una vista en perspectiva principal de perfil metálico una vez cortado 10 para su adaptación como cerramiento vertical de encofrado a instalar.

Figura 4.-Muestra una vista en perspectiva principal del conjunto una vez montado en dos módulos sobre el pilar a reparar antes de introducir el mortero de relleno.

15 Figura 5.-Muestra una vista en perspectiva principal del conjunto en su estado final una vez se ha introducido el mortero de relleno.

Figura 6.-Muestra una vista en sección principal de aplicación de "Sistema para el confinamiento transversal de pilares de hormigón mediante collarín metálico" en el caso 20 de chapas curvadas

En las citadas figuras se pueden destacar los siguientes elementos constituyentes:

1. Zona de reparación.

25 2. Línea de corte longitudinal por el alma del perfil metálico.

3.: Bisel a 45°.

4.: Cordón de soldadura.

5.: Mortero de relleno.

30 EJEMPLO DE REALIZACiÓN PREFERENTE

A modo de ejemplo de realización preferente de "Sistema para el confinamiento transversal de pilares de hormigón mediante collarín metálico", tal y como se aprecia en la Figura 1, el mismo se ha de acometer una vez se ha identificado la zona del pilar (1) sobre el cual se desea actuar desplegando las siguientes fases:

1. El técnico responsable de la reparación o del refuerzo estructural solicita al taller el

5 inventario de los trozos sobrantes de perfiles laminados 'doble T' resultado de las mermas acopiadas procedentes de obras ejecutadas.

2. Con los perfiles disponibles se eligen los más idóneos de acuerdo a los requerimientos estructurales del pilar a reparar o reforzar (Figura 1). Al respecto, se ha de tener en

10 cuenta que el sistema permite la utilización de piezas procedente de diferentes tipos y secciones de perfiles tipo "Doble T".

3. Mediante una aplicación informática específica, se calcula la línea de corte longitudinal

a realizar sobre el alma de los perfiles seleccionados, tal y como se aprecia en la 15 Figura 2 y Figura 3.

4. Se procede a la limpieza mediante granallado de las piezas elegidas. Es decir, cuatro piezas por cada módulo.

20 5. A continuación se procede a realizar el corte transversal de los perfiles de acuerdo a las dimensiones del pilar y al grosor elegido para el mortero.

6. Tal y como se aprecia en la Figura 3, ejecución de un biselado a 451:1 (3) en los extremos del alma de cada pieza.

7. Antes de proceder a la soldadura, se realizará el montaje en el taller del conjunto al objeto de verificar la precisión geométrica deseada. Para ello se tendrá en cuenta cuál será el posterior proceso de montaje en la obra. Como regla general, se recomienda, siempre que sea posible, llevar a la obra el conjunto de tres piezas ya unidas en el

30 taller en forma de "U", de forma que la cuarta pieza que conformaría el cierre del conjunto se montaría en campo, tal y como se aprecia en la Figura 4 y Figura 5.

8. El proceso de soldadura tal y como se aprecia en la Figura 4 y Figura 5, comenzará con un primer cordón continuo de raíz de unión entre placas en sus lados en contacto (4), así como en bisel también en contacto practicado en alma de ambas placas (3). En sucesivas aportaciones se completará el espacio que queda entre los cantos de las

5 piezas en sus esquinas, hasta conformar su completo relleno en forma triangular. La soldadura se deberá realizar con electrodos básicos.

9. Para concluir, una vez montado el conjunto de perfiles en torno al pilar, se procede al vertido de un mortero (5), con retracción controlada y consistencia fluida o líquida,

10 preferiblemente predosificado tal y como se aprecia en la Figura 5. Este vertido de mortero podrá efectuarse al finalizar cada uno de los tramos o hiladas de placas metálicas que conforman cada módulo descrito, o al concluir varias hiladas o, incluso, al finalizar la ejecución de la totalidad de dichos tramos o hiladas de placas de acero.

15 A modos de ejemplo de realización alternativa se puede llevar a cabo una aplicación del "Sistema para el confinamiento transversal de pilares de hormigón mediante collarín metálico" haciendo uso de placas curvadas tal y como se aprecia en la Figura 6, que permita, en algunos casos, un mejor aprovechamiento del espacio disponible y optimización de su comportamiento desde el punto de vista estructural.

20 No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención, su carácter modular y las ventajas que de la misma se derivan. Los perfiles metálicos empleados, procesos de soldadura, u hormigonado, tamaños de los diferentes elementos que lo componen, geometría o

25 aplicación serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración en la esencialidad del invento.

Claims

REIVINDICACIONES

1.-USistema para el confinamiento transversal de pilares de hormigón mediante collarín 5 metálico" caracterizado por llevarse a cabo en base al despliegue de las siguientes etapas:

a) Identificación de la zona del pilar de hormigón estructural sobre la que se desea actuar. 10 b) Evaluación de trozos disponibles de perfiles laminados 'doble T' resultado de las mermas acopiadas procedentes de otras obras ya ejecutadas.

c) Selección de entre los perfiles disponibles, los más idóneos de acuerdo a los 15 requerimientos estructurales del pilar a reparar o reforzar.

d) Cálculo, mediante aplicación informática específica, de la línea de corte longitudinal a realizar sobre el alma de los perfiles seleccionados.

20 e) Limpieza mediante granallado de los perfiles seleccionados.

f)Corte transversal de los perfiles de acuerdo a las dimensiones del pilar y al grosor elegido para el mortero.

25 g) Realización de un biselado a 450 en los extremos del alma de cada perfil.

h) Identificación del proceso de montaje óptimo en términos de eficacia y eficiencia respecto a los elementos que se van a soldar en taller, respecto a lo que se van a soldar en la propia obra.

i)Ejecución de soldadura prevista en taller y prueba de montaje.

j)Montaje sobre el pilar que se desea actuar y ejecución de soldaduras previstas en campo.

k) Una vez montado el conjunto de perfiles en torno al pilar, se procede al vertido 5 de un mortero con retracción controlada y consistencia fluida o líquida, preferiblemente predosificado.
2.-~Sistema para el confinamiento transversal de pilares de hormigón mediante collarín metálico", según reivindicación 1, caracterizado por su unión entre sus placas contiguas 10 mediante soldadura en cordón continuo en sus lados en contacto, así como en bisel también en contacto practicado en alma de ambas placas.
3.-"Sistema para el confinamiento transversal de pilares de hormigón mediante collarín metálico", según reivindicación 1 y 2, caracterizado porque, alternativamente, los perfiles 15 laminados puede ser sometidos a procesos de cilindrados para, posteriormente, conformar placas curvadas.
4.-~Sistema para el confinamiento transversal de pilares de hormigón mediante collarín metálico", según reivindicación 1 y 2 caracterizado por su carácter modular o reproducible 20 hasta cubrir por completo la zona del pilar sobre la que se desea actuar.