ES2621655T3 - Método para soportar y reforzar una excavación con un arco - Google Patents

Abstract

Un método para soportar y reforzar una excavación, que comprende las etapas de: - instalar un primer arco (1) para soportar y reforzar una excavación, dicho primer arco (1) comprende por lo menos un primer elemento (5A) estructural en el que ese dicho primer elemento (5A) estructural comprende un cuerpo tubular (C) provisto con una cavidad (9A) interna y medios de ventilación, dicho primer elemento (5A) estructural comprende un dispositivo (7) de llenado acoplado de forma operativa a medios para inyectar hormigón en dicha cavidad (9A); - inyectar hormigón a una presión por encima de la presión atmosférica con el fin de llenar las cavidades internas de por lo menos el primer elemento (5A) estructural de dicho primer arco (1) por lo menos hasta que se completa el llenado del mismo, - prolongar la inyección de hormigón con los medios de ventilación cerrados con el fin de aumentar la presión interna del hormigón.

Description

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DESCRIPCION

Metodo para soportar y reforzar una excavacion con un arco Campo de la invencion

La presente invencion cae dentro del alcance de la produccion de elementos para soportar una excavacion, tal como un ferrocarril, una autopista u otro tipo de tunel. Mas precisamente, la presente invencion se relaciona con un metodo para soportar y reforzar una excavacion con base en el uso de uno o mas arcos.

Estado de la Tecnica

Como se sabe, para soportar las excavaciones, tales como tuneles de autopistas o ferrocarril, se utilizan bovedas de refuerzo denominadas "arcos". En particular, un arco generalmente comprende una pluralidad de elementos de acero moldeados mutuamente conectados en una configuracion de "boveda". Estos elementos estan formados por perfiles "abiertos" con seccion transversal H, INP o T doble (en el caso de perfiles multiples o dobles) y se hacen integrales entre sf por un elemento de conexion, a saber placa metalica con perforaciones. En la mayoffa de los casos, los perfiles se conectan mutuamente en la excavacion para ser reforzados, despues de haber sido moldeados por metalurgia. Despues de que se ensamblan, cada arco se conecta a aquellos adyacentes a traves de cadenas de conexion, cuyos extremos se acoplan a soportes soldados a lo largo del cuerpo de los perfiles de los arcos. El espacio entre dos arcos consecutivos y la pared de excavacion usualmente se refuerza con hormigon lanzado (hormigon proyectado).

El uso de perfiles con seccion transversal abierta (H, C o T doble) ha mostrado diversos inconvenientes, el primero de los cuales se refiere a la resistencia mecanica ofrecida. De hecho, estos perfiles tienen una direccion a lo largo de la cual se castigan las propiedades estaticas. De hecho, las secciones transversales de perfiles abiertos no tienen simetffa axial y por lo tanto no son muy adecuadas para trabajar en condiciones de carga que da lugar a tensiones diferentes de la simple tension de flexion. En particular, estos perfiles tienen pobre resistencia a las tensiones de torsion. Estas tensiones se pueden generar, por ejemplo, debido a malas condiciones de contacto del perfil con la pared de excavacion (ala de la seccion de barra a tierra) o debido a operaciones para avanzar en la excavacion. En general, el comportamiento impredecible de la tierra no es bien tolerado por los arcos con perfiles H y aun peor por aquellos con perfiles de T doble. Para superar este problema se acostumbra a aumentar las dimensiones de los perfiles (en terminos de seccion transversal resistente) cuando se pronostican condiciones operativas particularmente diffciles. Sin embargo, esta opcion lleva a altos costes y dificultades de montaje significativos debido al alto peso de los perfiles utilizados.

Otro inconveniente asociado con los perfiles abiertos, sobre todo aquellos que estan acoplados, se encuentra en la etapa de refuerzo que utiliza hormigon proyectado. De hecho, las formas de los perfiles (todas las secciones transversales H superiores) impiden que el hormigon cubra por completo las superficies del arco (externa e interna). En otras palabras, se forman bolsillos vacfos alrededor de algunas partes de la seccion transversal del perfil o perfiles, lo que limita claramente la efectividad del refuerzo. A esto se agrega el hecho de que la forma abierta de las secciones transversales hace particularmente complicada la soldadura de los soportes a los que se acoplan las cadenas de conexion. Obviamente, esto incrementa los tiempos y costes de fabricacion de los arcos. Tambien se observa que desde el punto de vista de la instalacion del arco, las operaciones para conectar los perfiles tambien son relativamente diffciles de nuevo debido a la configuracion de la seccion transversal de los perfiles.

El documento FR1.101.491 divulga una alternativa para perfiles abiertos.

Sobre la base de estas consideraciones, el objetivo de la presente invencion es proporcionar un arco para soportar y reforzar una excavacion que permite superar los inconvenientes anteriormente mencionados.

Dentro de este objetivo, un objeto de la presente invencion es proporcionar un arco con altas propiedades de resistencia, que pueda por lo tanto tambien ser utilizado en condiciones de terreno particularmente diffciles.

Otro objeto de la presente invencion es proporcionar un arco que se pueda instalar facilmente en la proximidad de la excavacion y cuyos elementos se puedan conectar facilmente con tiempos y costes limitados.

Un objeto adicional de la presente invencion es proporcionar un arco para soporte y refuerzo que sea confiable y facil de fabricar a costes competitivos. Otro objetivo de la presente invencion es proporcionar una estructura y un metodo para soportar y reforzar una excavacion a traves de uno o mas arcos de acuerdo con la presente invencion.

Resumen de la invencion

La presente invencion se relaciona con un metodo para soportar y reforzar una excavacion con un arco, en el que el arco comprende por lo menos un elemento estructural y dicho elemento se proporciona con un cuerpo tubular, preferiblemente con una seccion transversal circular, provista con una cavidad interna adaptada para ser completamente llenada con hormigon despues de la instalacion del arco. El elemento estructural se proporciona con un dispositivo de llenado acoplado de forma operativa a medios de inyeccion de hormigon.

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El arco preferiblemente comprende un elemento de apoyo conectado a una segunda porcion de extremo del primer elemento estructural. El elemento de apoyo preferiblemente se acopla al primer elemento estructural con el fin de permitir un movimiento relativo de este despues de inyeccion presurizada del hormigon dentro de la cavidad interna.

De acuerdo con una realizacion preferida, el arco de acuerdo con la invencion comprende un segundo elemento estructural provisto con un cuerpo tubular, preferiblemente con una seccion transversal circular, que define una cavidad interna adaptada para ser llenada con hormigon despues de la instalacion del arco. Las cavidades internas de los elementos estructurales preferiblemente estan en comunicacion mutua con el fin de utilizar el dispositivo de llenado del primer elemento para introducir hormigon en la cavidad de ambos elementos.

La presente invencion tambien se relaciona con un metodo para soportar y reforzar una excavacion, caracterizado porque este comprende las etapas de instalar un primer arco y de llenar las cavidades internas de los elementos estructurales de dicho primer arco con hormigon, por lo menos hasta que se completa el llenado del mismo y prolongar el llenado, aumentando la presion interna del hormigon. El metodo preferiblemente comprende la etapa de instalar un segundo arco, de acuerdo con la presente invencion, conectar dicho primer arco a dicho segundo arco, a traves de por lo menos una cadena de conexion, y llenar las cavidades de los elementos estructurales del segundo arco con hormigon por lo menos hasta que se completa el llenado de estas cavidades.

El metodo de acuerdo con la invencion preferiblemente incluye conectar el primer arco al segundo arco a traves de una pluralidad de cadenas de conexion. Cada cadena de conexion se acopla en extremos opuestos a un par de anillos proporcionados cada uno a la misma altura de uno de los dos arcos.

Lista de figuras

Otras caractensticas y ventajas de la presente invencion seran evidente a partir de la descripcion de las realizaciones, que se muestra a modo de ejemplo no limitante en los dibujos adjuntos, en los que:

- La Figura 1 es una vista delantera de una primera realizacion de un arco de refuerzo que se puede utilizar en la presente invencion;

- La Figura 2 es una vista de una porcion del arco de refuerzo de la Figura 1;

- Las Figuras 3, 3A y 3B son vistas relacionadas con una primera realizacion de un elemento de apoyo de un arco que se puede utilizar en la presente invencion;

- La Figura 4 es una vista relacionada con medios de union de dos elementos estructurales del arco de la Figura 1;

- Las Figuras 5 y 5A son vistas relacionadas con una primera porcion de extremo de un elemento estructural del arco de la Figura 1;

- Las Figuras 6 y 6A son vistas ortogonales de una longitud de un elemento estructural del arco de la Figura 1;

- La Figura 7 es una vista de una segunda realizacion de un elemento de apoyo de un arco que se puede utilizar en la presente invencion;

- La Figura 8 es una vista de una segunda posible realizacion de un arco que se puede utilizar en la presente invencion;

- La Figura 9 es una vista de un elemento de apoyo del arco de la Figura 7;

- La Figura 10 es una vista relacionada con una estructura de refuerzo de una excavacion que comprende una pluralidad de arcos;

- Las Figuras 11, 11A y 11B se relaciona con un anillo de conexion de un arco;

- La Figura 12 se relaciona con una cadena para conexion de dos arcos de acuerdo con la presente invencion. Descripcion detallada

La Figura 1 muestra una posible realizacion de un arco para soportar y reforzar (en lo sucesivo se indicara simplemente con el termino "arco") que se puede utilizar en el metodo de la presente invencion que se indicara a traves de la descripcion con la referencia 1. El arco 1 se forma de uno o mas elementos 5A, 5B, 5C estructurales preferiblemente hechos de material metalico, tal como acero estructural (Fe 430 o similares). El arco 1 tiene una configuracion simetrica con respecto a un plano de simetna S. En general, esta configuracion se asemeja a la configuracion de la porcion de la excavacion que se va a reforzar por el arco.

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El arco 1 en la Figura 1 comprende un primer elemento 5A estructural, un segundo elemento 5B estructural conectado al primer elemento 5A y tercer elemento 5C estructural conectado al segundo elemento 5B estructural. Como se muestra, el primer elemento 5A y tercer elemento 5C estructural sustancialmente tienen una posicion de imagen especular con respecto al plano de simetna S del arco 1. El segundo elemento 5B preferiblemente se extiende simetricamente entre el primer elemento 5A y tercer elemento 5C con respecto al mismo plano de simetna S. Alternativamente, el arco de acuerdo con la invencion se puede formar por un elemento estructural unico o incluso por un numero de elementos estructurales mayor de tres.

El primer elemento 5A estructural se forma por un cuerpo tubular provisto con una primera porcion 51 de extremo conectada de forma operativa a una primera porcion 81 terminal del segundo elemento 5b y una segunda porcion 52 de extremo destinada a ser conectada a un elemento 90 de apoyo del arco 1. El cuerpo tubular del primer elemento 5A tiene una seccion transversal, preferiblemente circular, que define una cavidad 9A interna que se extiende por toda la longitud del cuerpo. Esta cavidad 9A interna esta destinada a ser completamente llena con hormigon despues de la instalacion del arco 1. La seccion transversal del cuerpo tubular tambien puede asumir otras formas cerradas, ademas de circular, tal como cuadrada o rectangular.

El cuerpo del primer elemento 5A tubular tambien comprende un dispositivo 7 de llenado acoplado de forma operativa a medios para inyectar hormigon en la cavidad 9A interna de este cuerpo. En otras palabras, el dispositivo 7 de llenado tiene la funcion de permitir que el hormigon fluya en la cavidad 9A y de forma simultanea evite que el hormigon fluya fuera despues de la terminacion de este llenado. Se puede introducir el hormigon utilizando una bomba de inyeccion u otros medios funcionalmente equivalentes.

El tercer elemento 5C estructural tiene una estructura sustancialmente equivalente a aquella del primer elemento 5A. En particular, el tercer elemento 5C tambien comprende un cuerpo tubular preferiblemente con una seccion circular que define una cavidad 9C interna relativa destinada a ser completamente llena con hormigon despues de la instalacion del arco 1. Preferiblemente, el tercer elemento 5C tambien comprende un dispositivo 77 de llenado asociado con el cuerpo tubular del elemento. Una primera porcion 71 de extremo del tercer elemento 5C se destina para ser conectada a una segunda porcion 82 terminal del segundo elemento 5B estructural. En cambio una segunda porcion 72 de extremo del tercer elemento 5C estructural se destina a ser conectada a un elemento 90 de apoyo adicional del arco 1.

El segundo elemento 5B tambien tiene un cuerpo tubular con una seccion transversal preferiblemente, perno no necesariamente, equivalente en terminos de forma y dimensiones, a aquel del primer elemento 5A. Por lo tanto, tambien el segundo elemento 5B preferiblemente tiene una seccion transversal sustancialmente circular que define una cavidad 9B interna (vease Figura 2) que se extiende por toda la longitud del elemento. Una primera porcion 81 terminal del segundo elemento 5B se conecta a la primera porcion 51 de extremo del primer elemento 5A estructural a traves de primeros medios 61 de union, mientras que una segunda porcion 82 terminal se conecta al primer extremo 71 del segundo elemento 5B estructural a traves de segundos medios 62 de union. En particular, el primer medio 61 y el segundo medio 62 de union se configuran de tal manera que la cavidad 9B interna del segundo elemento 5B esta en comunicacion con aquellos del primer elemento 5A y del tercer elemento 5C estructural. A traves de esta solucion el hormigon inyectado en la cavidad interna del primer elemento 5A y del tercer elemento 5C estructural (a traves de los dispositivos 7, 77 de llenado relativos) tambien puede alcanzar de forma ventajosa la cavidad 9B interna del segundo elemento 5B para permitir el llenado del mismo.

De acuerdo con las indicaciones anteriores, los elementos 5A, 5B y 5C estructurales del arco 1 se llenan de forma ventajosa con hormigon despues de la instalacion del arco dentro de la porcion de excavacion que se va a soportar y reforzar, es decir despues de conexion mutua de los elementos 5A, 5B, 5C estructurales. En otras palabras, los elementos 5A, 5B y 5C estructurales se conectan entre sf in situ (es decir en la excavacion) y posteriormente se llenan con hormigon.

La Figura 2 muestra la porcion del arco de la Figura 1 a la izquierda con respecto al plano de simetna S. Las consideraciones siguientes tambien son validas para la parte derecha del arco 1 como resultado de la simetna que lo distingue. Como se indico anteriormente, la segunda porcion 52 de extremo del primer elemento 5A estructural se conecta a un elemento 90 de apoyo, cuya primera realizacion se muestra en las Figuras 3 a 3B. En particular, de acuerdo con esta realizacion, el elemento 90 de apoyo comprende una placa 91 base que esta soldada a la seccion terminal del cuerpo tubular C del primer elemento 5A estructural. Una pluralidad de placas 93 de refuerzo estan soldadas a la placa 91 de base y la superficie externa del cuerpo tubular C. La vista de plano de la Figura 3 muestra la disposicion de las soldaduras 99 que sujetan de forma permanente la placa 91 de base al cuerpo tubular y las placas 93 de refuerzo a esta placa de base. Las Figuras 3A y 3B muestran tambien la disposicion de las soldaduras 99B que sujetan de forma permanente las placas 93 de refuerzo al cuerpo tubular del primer elemento 5A.

Las Figuras 3 y 3A tambien muestran una posible realizacion del dispositivo 7 de llenado indicada anteriormente, mas visible en las Figuras 6 y 6A que son vistas de la longitud del cuerpo tubular C indicada con la referencia T1 en la Figura 2. El dispositivo 7 de llenado comprende una abertura 7A definida sobre el cuerpo C del elemento 5A estructural y un elemento 7B de cierre de dicha abertura 7A movil entre una posicion cerrada y una posicion abierta. En el caso espedfico ilustrado, el elemento 7B de cierre se forma de una placa que se desliza a lo largo de la superficie externa del cuerpo tubular C a traves de grnas 7C laterales apropiadas soldadas al cuerpo. Durante el llenado de las cavidades 9A,

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9B, 9C internas de los elementos 5A, 5B, 5C estructurales, el elemento 7B de cierre mantiene una posicion abierta para permitir la insercion de medios de inyeccion apropiados en la abertura 7A. Despues de la terminacion del llenado de la cavidad, los medios de inyeccion se retiran y el elemento 7B de cierre se toma en posicion cerrada para evitar sobreflujo del hormigon no fraguado.

La Figura 4 muestra una vista detallada de la longitud del arco 1 indicada en las Figuras 1 y 2 con la referencia T2. Esta longitud se relaciona con la conexion entre el primer elemento 5A y el segundo elemento 5B estructural. En particular, la Figura 4 muestra en detalle una posible realizacion de los medios 61 de union que conectan la primera porcion 51 de extremo del primer elemento 5A estructural a la primera porcion 81 terminal del segundo elemento 5B estructural. Estos primeros medios 61 de union comprenden un par de placas 85A, 85B de union destinadas a ser conectadas mutuamente a traves de pernos o otros medios funcionalmente equivalentes. Las Figuras 5 y 5A muestran espedficamente una posible configuracion de las placas 85A, 85B.

Una primera placa 85A de union esta soldada al cuerpo tubular C del primer elemento 5A estructural en una seccion terminal ST relativa. Mas precisamente, la placa 85A de union se suelda al cuerpo tubular C a traves de placas 86 de refuerzo soldadas sobre un lado a la placa y sobre el otro lado a la superficie externa del cuerpo tubular C. En el caso espedfico mostrado, la placa 85A de union tiene una configuracion sustancialmente rectangular y comprende dos series de agujeros 86A, 86B opuestos para conexion de pernos de cierre (no mostrados en las figuras). La placa 85Atambien comprende una abertura circular con un diametro D que corresponde a aquel de la seccion terminal ST del cuerpo tubular C. La placa 85A se suelda al cuerpo tubular C de tal manera que esta abertura circular es concentrica con la seccion terminal del cuerpo circular.

La segunda placa 85B de union tiene una estructura equivalente a aquella de la primera placa 85A de union y se conecta a la seccion terminal del segundo elemento 5B estructural en exactamente la misma forma como se describio anteriormente para la primera placa 85A con referencia a la conexion con el primer elemento 5A. Las dos placas 85A, 85B se conectan de tal manera que las aberturas circulares relativas son coaxiales y se comunican con las dos cavidades 9A, 9B internas de los dos elementos 5A, 5B estructurales.

Con referencia de nuevo a la Figura 1, la longitud del arco 1 indicada con la referencia T4 es relativa a la conexion entre el segundo elemento 5B estructural y el tercer elemento 5C estructural. Como se indico anteriormente, se proporcionan segundos medios 62 de union para este proposito, que son equivalentes preferiblemente desde un punto de vista estructural a los primeros medios 61 de union descritos anteriormente con referencia a la longitud T2 del arco 1. Por lo tanto, las indicaciones con respecto a los primeros medios 61 tambien se deben considerar validos para los segundos medios 62 de union.

Sobre la base de las indicaciones anteriores, el primer 61 y el segundo medio 62 de union, conectan de forma permanente los elementos 5A, 5B y 5C estructurales del arco 1 de tal manera que se define aqrn una cavidad "continua" que se extiende sustancialmente en la extension completa de la misma. Por lo tanto esta cavidad se forma mediante una pluralidad de longitudes, que cada una corresponde a una cavidad 9A, 9B, 9C interna de un elemento 5A, 5B y 5C estructural relativo. En otras palabras, los medios 61, 62 de union preferiblemente hacen las cavidades internas de los elementos de comunicacion individuales.

De nuevo con referencia a la Figura 1, se proporciona el arco 1 con medios de ventilacion para permitir el sobreflujo de aire durante el llenado de la cavidad continua indicada anteriormente. Para este proposito, los medios de ventilacion se colocan de forma operativa en proximidad de la porcion mas alta del arco 1 (indicada con la referencia T5 en la Figura 1) con respecto a un plano de la referencia P sobre la cual descansa. En la realizacion mostrada en las figuras, los medios de ventilacion comprenden una abertura 6 (vease Figura 2) producida sobre el cuerpo tubular C2 del segundo elemento 5B estructural. Como se muestra, una vez se ha completado la instalacion del arco 1, la abertura de 6 ventilacion se ubica en el punto mas alto de la “boveda” definida por el arco.

De acuerdo con una realizacion preferida de acuerdo con la invencion, el arco 1 comprende un par de elementos 90 de apoyo cada uno acoplado a un elemento 5A, 5C estructural relativo con el fin de permitir un movimiento relativo de los elementos 5A, 5B, 5C estructurales del arco 1 despues de inyeccion presurizada de hormigon. Esta ultima expresion indica inyeccion prolongada de hormigon mas alla del tiempo requerido para llenado completo de las cavidades 9A, 9B, 9C internas de los elementos 5A, 5B, 5C estructurales. En otras palabras se entiende "inyeccion presurizada" como una inyeccion de hormigon que tiene lugar a una presion por encima de la presion atmosferica o con los medios de ventilacion cerrados, por ejemplo a traves del uso de una valvula. Desde un punto de vista operativo esta ultima condicion permite que se incremente la presion interna del hormigon, en sustancia que somete el arco 1 a precarga. De hecho, la inyeccion presurizada provoca un aumento en la presion interna del hormigon que se traduce en un sistema de fuerzas que se transfieren a las paredes internas de los elementos 5A, 5B, 5C estructurales que inducen sobre esta un movimiento relativo con respecto a los elementos 90 de apoyo, cuya posicion permanece invariada.

El movimiento de los elementos 5A, 5B, 5C estructurales permite un aumento del efecto de soporte y refuerzo de la excavacion, ya que el sistema de fuerzas se transfiere desde las paredes de los elementos estructurales a la pared de la excavacion. De hecho, la inyeccion presurizada de hormigon se puede prolongar hasta que el arco 1 se adhiere a la excavacion con una cierta "presion", que sera directamente proporcional a la presion interna del hormigon. Por lo tanto,

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la inyeccion prolongada permite ventajosamente que el arco 1 se "active" en relacion con el refuerzo. En otras palabras, los arcos convencionales se comportan de forma pasiva.

Se observa que la posterior solidificacion del hormigon mantiene ventajosamente el estado de tension alcanzado entre el arco 1 y la excavacion despues de inyeccion prolongada de hormigon. A traves de esta configuracion especial de los elementos 90 de apoyo, el arco 1 es sustancialmente "expansible" entre una primera y una segunda configuracion, respectivamente caractenstica de llenado normal y de llenado a presion. Desde un punto de vista operativo, esto se traduce en la posibilidad de producir el arco 1 con una mayor tolerancia con respecto a las dimensiones de la excavacion. En otras palabras, el arco 1 puede tener unas dimensiones ligeramente mas pequenas con respecto a la excavacion con la ventaja de una facil conexion de los elementos 5A, 5B, 5C estructurales o instalacion operacional mas facil. Mas aun, se observa que la inyeccion de hormigon, opcionalmente fibra reforzada, en la cavidad de los elementos 5A, 5B, 5C estructurales del arco 1 aumenta la resistencia mecanica no solo a la flexion, sino tambien a las tensiones de torsion como resultado de la seccion cerrada de los cuerpos tubulares de estos elementos. Esto, de hecho, hace que el arco 1 sea utilizable en cualquier condicion.

La Figura 7 muestra en detalle una posible realizacion de los dos elementos 90 de apoyo del arco 1 que permiten un movimiento relativo de los elementos 5A, 5B, 5C estructurales. En particular, se hace referencia adelante al elemento 90 de apoyo conectado al primer elemento 5A estructural, pero las consideraciones siguientes tambien deben ser consideradas validas para el que esta conectado al tercer elemento 5C estructural. El elemento de apoyo en la Figura 7 comprende por lo menos una porcion tubular con seccion circular acoplada ligeramente a la primera porcion 51 de extremo del primer elemento 5A estructural. Mas precisamente, la seccion de la porcion tubular tiene una forma que corresponde a aquella de la porcion 52 de extremo del elemento 5A, 5C estructural relativo (circular en los ejemplos mostrados).

El elemento 90 de apoyo comprende una placa 91 de base y placas 98 de refuerzo conectadas, preferiblemente mediante soldadura, a una porcion 94 tubular externa con seccion circular (de forma similar a la solucion en las Figuras 3 a 3B). El elemento 90 de apoyo tambien comprende una porcion 95 tubular interna con una seccion circular y coaxial con la porcion 94 externa. La porcion 95 tubular interna se acopla de una forma telescopica a la segunda porcion 52 de extremo del primer elemento 5a estructural (estas consideraciones se deben considerar validas para la conexion entre el tercer elemento 5C estructural y el elemento 40 de apoyo relativo). La cavidad 9A interna del primer elemento 5A estructural se comunica con la cavidad 9D interna de la porcion interna 95 tubular del elemento 90 de apoyo con el fin de permitir el llenado de la misma a traves de inyeccion de hormigon. En esta inyeccion de solucion de hormigon se realiza a traves del dispositivo de llenado asociado con el elemento estructural relativo (primero 5A o tercero 5C de acuerdo con el elemento de apoyo considerado).

La Figura 8 se refiere a realizacion adicional de un arco 1 de acuerdo con la presente invencion, que difiere de la de la Figura 6 debido a una configuracion diferente de los elementos 90 de apoyo, uno de las cuales se muestra en la Figura 9. Mas precisamente, con respecto a la realizacion en la Figura 7, el elemento 90 de apoyo comprende una porcion 96 tubular de conexion externa acoplada de manera telescopica a la porcion 94 tubular interna. Esta porcion 96 de conexion esta conectado a la segunda porcion 52, 72 de extremo del elemento estructural relativo (primero 5A o tercera 5C dependiendo del elemento de apoyo considerado) a traves medios 66 de union y cierre. Estos ultimos se configuran de modo que se mantenga la cavidad 9A, 9C interna del elemento 5A, 5C estructural relativo separado de la cavidad 9D interna definida por el elemento 94 interna y por la porcion 96 de conexion. Los medios 66 de union y cierre hacen que la porcion 96 de conexion sea integral con el elemento 5A, 5C estructural del arco 1 definiendo de forma simultanea una pared 68A de obstruccion superior que delimita el fondo de la cavidad 9A, 9C del elemento 5A, 5C relativo y una pared 68B de obstruccion inferior que delimita la parte superior de la cavidad 9D definida por las porciones 96, 95 tubulares del elemento 90 de conexion.

De acuerdo con esta realizacion, se proporciona cada elemento 90 de apoyo con un dispositivo 7C de llenado relativo de la cavidad 9D interna definida sobre una longitud (indicada con la referencia T1') de la porcion 94 interna tubular. El llenado de los elementos 5A, 5B, 5C estructurales con hormigon en cambio se realiza a traves de un par de dispositivos 7, 77 de llenado asociados con el primero elemento 5A y con el tercer elemento 5C de acuerdo con las indicaciones anteriores. Desde un punto de vista operacional, la inyeccion prolongada de hormigon en la cavidad 9D (es decir, mas alla del llenado normal) aumenta la presion interna del hormigon determinando un empuje F sobre una pared 68B de obstruccion inferior definida por los medios 66 de union y cierre. Este empuje F provoca el levantamiento de los elementos 5A, 5B, 5C estructurales con respecto a los elementos 90 de apoyo. De esta manera los elementos 5A, 5B, 5C estructurales se adhieren a la superficie interna del soporte y refuerzo de excavacion a traves de una accion activa. Se observa que en la realizacion de la Figura 9, los elementos 5a, 5B, 5C estructurales simplemente se pueden llenar, pero que tambien es posible inyeccion presurizada de hormigon prolongada en este caso de acuerdo con los principios establecidos anteriormente en relacion con el arco 1 en la Figura 7.

La presente invencion tambien se refiere a una estructura 2 de refuerzo de una excavacion que comprende uno o mas arcos de acuerdo con la presente invencion. Para este proposito, la figura 10 muestra una estructura que comprende tres arcos (indicado con las referencias 1, 1A, 1B) que se conectan mutuamente mediante el uso de cadenas 45A, 45B de conexion, un ejemplo del cual se muestra en la Figura 12. Cualquier arco esta conectado a un arco instalado

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previamente antes de que se llene uno cualquiera de dichos arcos con hormigon utilizando los posibles metodos descritos anteriormente.

Cada conexion 45A, 45B de cadena se acoplan, con un primer extremo, a un primer anillo 48A de conexion asociado con un primer arco (indicado con la referencia 1) y con un segundo extremo a un segundo anillo 48B de conexion asociado con un segundo arco (indicado con la referencia 1A). Para cada arcol, 1A, 1B los anillos 48A, 48B de conexion se conectan, preferiblemente mediante soldadura, a intervalos predeterminados a lo largo de los cuerpos tubulares C que definen los elementos 5A, 5B, 5C estructurales. Cada cadena 45A, 45B de conexion conecta anillos 48A, 48B de conexion pertenecientes a arcos adyacentes 1,1A, pero dispuestos a la misma altura H con respecto a un plano de referencia que puede, por ejemplo, ser el plano P en el que el que descansan los arcos (vease Figura 1).

Las Figuras 11, 11A y 11B permiten la observacion de una realizacion preferida de los anillos 48A, 48B de conexion. En particular, la Figura 11 se refiere a una de las secciones transversales del arco 1 (indicado en figuras.1, 2 con la referencia T3) en el que se suelda uno de dichos anillos de conexion. Como se muestra, cada anillo 48A, 48B comprende un par de porciones 49 conformadas en las figuras (que se muestra en las Figuras 11A, 11B) dispuestos en lados opuestos con respecto al centro de la seccion circular del cuerpo C del elemento 5A, 5B, 5C estructural relativo. Cada porcion 49 formada tiene una estructura sustancialmente en forma de U con el arco moldeado lateral 49B central con una curvatura que corresponde a aquella superficie externa del cuerpo C. Los dos lados 49C opuestos de la porcion 49 formada se extienden en posicion mutuamente paralela.

La configuracion de la porcion 49 formada particularmente ventajosa desde un punto de vista operativo, ya que facilita las operaciones de conexion, es decir, la soldadura de esta porcion al cuerpo C. De hecho, la curvatura en el lado 49B central permite que se mantenga facilmente la posicion de soldadura correcta. Para este proposito, en la Figura 11 los distintos cordones de soldadura se indican con la referencia Sa. Tambien se observa que la configuracion de las porciones 49 con forma en sustancia define cuatro areas A de acoplamiento cada una de las cuales se definen entre el cuerpo tubular C y los lados 49B, 49C de esta porcion. Como se puede ver en la Figura 10, esta solucion permite que se utilicen dos cadenas 45A, 45B para conectar dos arcos 1, 1A o 1A, 1B adyacentes. Esto aumenta ventajosamente la resistencia de la conexion y aumenta las propiedades globales de resistencia mecanica de la estructura 2 de refuerzo.

De nuevo con referencia a la Figura 10, tambien se observa que dos cadenas 45A, 45B conectan dos arcos adyacentes, de manera que estas cadenas asumen una posicion mutuamente “cruzada” con respecto a un plano de observacion ortogonal a los ejes de los elementos de los arcos, es decir, con respecto al punto de observacion de la vista en la Figura 10. Esta disposicion, por un lado permite un aumento del efecto de conexion que se va obtener y por el otro no obstruye la aplicacion de hormigon entre los arcos. Para este proposito, en la Figura 10 las dos lmeas discontinuas delimitan el volumen V de dos arcos adyacentes destinados a ser llenados con hormigon (por ejemplo, hormigon proyectado).

Se puede observar que la forma circular del cuerpo tubular C de los diversos elementos 5A, 5B, 5C estructural permite una mejor distribucion del hormigon entre los arcos 1, 1A, 1B, ya que puede rodear completamente la superficie exterior de cada arco sin dejar regiones no cubiertas como, por ejemplo, ocurre en los arcos con seccion H o T doble. Por otra parte, la seccion circular de los elementos estructurales 5a, 5b, 5C estructurales ofrece mayor resistencia a tensiones de torsion con respecto a aquellos posibles con secciones abiertas (H, C o T doble). Con las mismas tensiones, este hecho se traduce en la posibilidad de limitar las dimensiones y material del arco, es decir, los costes de produccion.

La presente invencion por lo tanto tambien se relaciona con un metodo para soportar y reforzar una excavacion que comprende por lo menos las etapas de:

- instalar un primer arco 1 de acuerdo con la presente invencion;

- llenar las cavidades 9A, 9B, 9C internas de los elementos 5A, 5B, 5C estructurales del arco con hormigon por lo menos hasta que se completa el llenado del mismo.

Para los objetos de la presente invencion, la expresion "instalar un arco" sustancialmente indica colocar de forma operativa el arco por debajo de la excavacion que se va a soportar y reforzar. Preferiblemente, el metodo proporciona el uso de un arco cuyos elementos estructurales comprenden cuerpos tubulares con seccion transversal circular. El metodo preferiblemente proporciona la instalacion de un arco 1 provisto con elementos 90 de apoyo acoplados a los elementos 5A, 5B estructurales relativos con el fin de permitir un movimiento 5A, 5B, 5C relativo de acuerdo con las indicaciones anteriores. En la presencia de dichos elementos de apoyo para el arco, el metodo preferiblemente proporciona el llenado de las cavidades 9A, 9B, 9C internas de los elementos estructurales con hormigon presurizado con el fin de producir un refuerzo activo de la excavacion de acuerdo con los metodos y objetivos indicados anteriormente.

Despues de la instalacion del primer arco (es decir llenado de la cavidad con hormigon en condiciones normales o presurizadas), el metodo preferiblemente proporciona las etapas de:

- instalar un segundo arco 1A de acuerdo con la presente invencion;

5

10

15

20

25

30

- conectar el primer arco 1 al segundo arco 1A a traves de por lo menos una cadena de conexion;

- llenar las cavidades internas de los elementos estructurales del segundo arco 1A con hormigon por lo menos hasta que se completa el llenado del mismo.

Preferiblemente, el metodo proporciona la conexion del segundo arco 1A al primero 1 a traves de una pluralidad de cadenas de conexion acopladas en extremos respectivos a anillos de conexion proporcionados sobre los dos arcos 1, 1A a una altura correspondiente H (vease Figura 1). En particular, las cadenas se conectan preferiblemente a pares de anillos posicionados a alturas correspondientes H, sobre arcos adyacentes, de tal manera que se “crucen” como se muestra en la Figura 12.

Las soluciones tecnicas adoptadas para el arco y para el metodo para soportar y reforzar una excavacion permiten que el objetivo y objetos en conjunto se cumplan completamente. En particular, el uso de arcos con elementos estructurales "tubulares" combinados con el uso de hormigon permite que se alcancen altos rendimientos mecanicos con un uso limitado de material. Para este proposito, el uso de elementos con una seccion transversal "cerrada", preferiblemente circular, permite se varie el rendimiento al variar la relacion de acero a hormigon (es decir, el grosor de los elementos) con las mismas dimensiones externas (es decir, con el mismo diametro externo en el caso de secciones transversales circulares). Esto, obviamente, es ventajoso para tiempos y costes de instalacion. El uso de la seccion transversal circular tambien permite que se resuelva ventajosamente el problema en relacion con la aplicacion de hormigon (hormigon proyectado) entre dos arcos adyacentes, ya que la superficie externa de los elementos puede estar completamente cubierta con hormigon sin que se formen espacios vados.

El arco, la estructura y el metodo para soporte y refuerzo asf concebidos son susceptibles de numerosas modificaciones y variantes, todas ellas caen dentro del alcance del concepto de la invencion; mas aun, todos los detalles se pueden reemplazar por otros detalles tecnicamente equivalentes.

En la practica, los materiales utilizados y las dimensiones contingentes y formas pueden ser cualesquiera, de acuerdo con los requisitos y el estado de la tecnica.

Claims (14)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   Reivindicaciones

   1. Un metodo para soportar y reforzar una excavacion, que comprende las etapas de:

   - instalar un primer arco (1) para soportar y reforzar una excavacion, dicho primer arco (1) comprende por lo menos un primer elemento (5A) estructural en el que ese dicho primer elemento (5A) estructural comprende un cuerpo tubular (C) provisto con una cavidad (9A) interna y medios de ventilacion, dicho primer elemento (5A) estructural comprende un dispositivo (7) de llenado acoplado de forma operativa a medios para inyectar hormigon en dicha cavidad (9A);

   - inyectar hormigon a una presion por encima de la presion atmosferica con el fin de llenar las cavidades internas de por lo menos el primer elemento (5A) estructural de dicho primer arco (1) por lo menos hasta que se completa el llenado del mismo,

   - prolongar la inyeccion de hormigon con los medios de ventilacion cerrados con el fin de aumentar la presion interna del hormigon.
2. 2. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho metodo comprende las etapas de:

   - instalar un segundo arco (1A) en una posicion adyacente a dicho primer arco (1), dicho segundo arco (1A) comprende por lo menos un primer elemento (5A) estructural en el que ese dicho primer elemento (5A) estructural comprende un cuerpo tubular (C) provisto con una cavidad (9A) interna y medios de ventilacion, dicho primer elemento (5A) estructural comprende un dispositivo (7) de llenado acoplado de forma operativa a medios para inyectar hormigon en dicha cavidad (9A);

   - conectar dicho primer arco (1) a dicho segundo arco (1A) a traves de uno mas cadenas (45A, 45B) de conexion

   - llenar las cavidades de los elementos estructurales de dicho segundo arco (1A) con hormigon por lo menos hasta que se completa el llenado de estas cavidades.
3. 3. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que dicho dispositivo (7) de llenado comprende una abertura (7A) definida sobre dicho cuerpo (C) de dicho elemento (5A) estructural y un elemento (7B) de cierre de dicha abertura (7A), dicho elemento (7B) de cierre se puede mover entre una posicion cerrada y una posicion abierta.
4. 4. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2 o 3, en el que dicho cuerpo tubular (C) de dicho elemento (5A) estructural tiene una seccion transversal sustancialmente circular
5. 5. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende un segundo elemento (5B) estructural que comprende una primera porcion (81) terminal conectada a una primera porcion (51) de extremo de dicho primer elemento (5A) estructural.
6. 6. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que dicho segundo elemento (5B) estructural comprende un cuerpo tubular (C2) provisto con una cavidad (9B) interna adaptada para ser llenada con hormigon despues de la instalacion de dicho arco (1), y en el que dicha cavidad (9A) interna de dicho primer elemento (5A) estructural se comunica con la cavidad (9B) interna de dicho segundo elemento (5B) estructural.
7. 7. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho arco (1) comprende un elemento (90) de apoyo conectado a una porcion (52) de extremo de dicho primer elemento (5A) estructural.
8. 8. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 7, comprende adicionalmente la etapa de aumentar la presion interna del hormigon en dicha cavidad interna de dicho primer elemento (5A) estructural, provocando un movimiento relativo entre dicho elemento (90) de apoyo y el primer elemento (5A) estructural.
9. 9. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que dicho arco comprende un tercer elemento (5C) estructural que comprende un cuerpo tubular provisto con una cavidad (9C) interna adaptada para ser llenada con hormigon despues de la instalacion de dicho arco (1), y en el que dicho tercer elemento (5C) estructural comprende una porcion (71) de extremo conectada a una segunda porcion terminal (82) de dicho segundo elemento (5B).
10. 10. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que dicha cavidad (9B) interna de dicho segundo elemento (5B) estructural se comunica con la cavidad (9C) interna de dicho tercer elemento (5C) estructural.
11. 11. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que dicho tercer elemento (5C) estructural comprende una porcion (72) de extremo conectada a un elemento (90) de apoyo de dicho arco (1).
12. 12. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 11 comprende adicionalmente la etapa de aumentar la presion interna del hormigon en dicha cavidad interna de dicho tercer elemento (5C) estructural, provocando un movimiento relativo entre dicho elemento (90) de apoyo y el tercer elemento (5C) estructural.
13. 13. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que cada arco comprende una pluralidad de anillos (48A, 48B) de conexion dispuestos en intervalos predeterminados a lo largo de los elementos estructurales relativos, cada cadena (45A, 45B) de conexion se acopla con los extremos a anillos de conexion dispuestos sobre diferentes arcos y una altura

    5 correspondiente (H).
14. 14. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 13, en el que cada anillo (48A, 48B) de conexion se configura con el fin de permitir el acoplamiento de por lo menos dos cadenas (45A, 45B) de conexion.