ES2703439B2 - Metodo de refuerzo de elementos estructurales con tejidos de altas prestaciones mecanicas - Google Patents

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Description

DESCRIPCIÓN
MÉTODO DE REFUERZO DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES CON TEJIDOS DE
ALTAS PRESTACIONES MECÁNICAS
Objeto y sector técnico de la invención
La invención pertenece principalmente, aunque no exclusivamente, al sector técnico de la construcción.
Más en particular, la presente invención se refiere a un método de refuerzo de elementos estructurales, por ejemplo y sin carácter limitativo, elementos estructurales de hormigón como los utilizados frecuentemente, tanto en edificaciones, como en obra civil.
Antecedentes de la invención
En los últimos años se han desarrollado diversos métodos destinados a reforzar elementos estructurales, especialmente elementos estructurales de hormigón, con objeto de paliar el envejecimiento y/o deterioro de diversas estructuras y edificaciones construidas a partir de dichos elementos. Especialmente estructuras y edificaciones construidas hace al menos 30­ 40 años, aunque también estructuras más recientes, construidas en ambientes particularmente agresivos, como por ejemplo ambientes marinos.
Algunos de estos métodos de refuerzo conocidos contemplan la formación de recrecidos hechos con materiales que comprenden hormigón armado, chapas de acero, y más recientemente, materiales de altas prestaciones, tales como por ejemplo, plásticos reforzados con fibras (“FRPs” o “Fiber Reinforced Plastics”, por sus siglas en inglés),
Un tipo muy utilizado de FRPs, son los tejidos de altas prestaciones mecánicas, por ejemplo y sin carácter limitativo, los tejidos de fibra de carbono, tales como los tejidos de fibra de carbono comercializados por la Compañía Resinas Castro S.L., con sede en Porriño, Pontevedra, (España) .
La patente JPH09158495 del año 1997 (“Earthquake resisting reinforcing engineering method for existing structure and fiber sheet used for the engineering method”) y la patente JPH09111008 del año 1997 (“Reinforcing fiber sheet”) divulgan métodos de refuerzo de elementos estructurales mediante tejidos de fibra de carbono.
Más recientemente se han dado a conocer algunos métodos de construcción de elementos estructurales utilizando tejidos de altas prestaciones mecánicas, como la patente KR100940550 del año 2010 ("Reinforcing concrete structure and method using hybrid fiber Composite”).
Otros métodos de refuerzo con tejidos de altas prestaciones mecánicas, más modernos se divulgan, por ejemplo, en la patente ES 2 547 464 B2 ("Método para reforzar elementos estructurales con tejido”), en la patente US2016075061 ("Methods to increase structural performance, strength and durability of fabric-reinforced composite materials by prestressing”), y en la patente CN104695721 ("Building structure reinforcement method through self-generating reaction force”).
No obstante, en el sector aún existe la necesidad de desarrollar nuevos procedimientos de refuerzo que permitan una aplicación más sencilla de los tejidos de altas prestaciones mecánicas, un mejor aprovechamiento de este material y de sus propiedades mecánicas, lo cual, dado el elevado precio de los tejidos de altas prestaciones mecánicas, reduciría considerablemente los costes de implementación del método refuerzo y aumentaría sus posibles usos potenciales.
Descripción de la invención
A fin de solucionar los problemas y desventajas descritos con relación a la técnica anterior, un primer objeto de la presente invención se refiere a un método de refuerzo de elementos estructurales con tejidos de altas prestaciones mecánicas, caracterizado por que comprende las siguientes etapas:
a) Proporcionar unos medios de giro provistos de unos elementos giratorios;
b) fijar los elementos giratorios a al menos un elemento estructural, de tal forma que los medios de giro puedan girar dicho elemento estructural en torno a un eje de giro y según un sentido de giro predeterminado;
c) pegar un primer extremo de al menos un tejido de altas prestaciones mecánicas sobre la superficie externa del elemento estructural;
d) someter a tensión un segundo extremo del tejido de altas prestaciones mecánicas por medio de unos medios tensores;
e) recubrir la superficie externa del elemento estructural con al menos un adhesivo; f) girar el elemento estructural en torno al eje de giro en el sentido de giro predeterminado, de tal forma que el tejido se enrolle sobre la superficie externa del elemento estructural; e
g) inmovilizar el elemento estructural para evitar que gire en sentido contrario y el tejido se desenrolle.
En una realización preferida de la invención, los medios de giro comprenden unos elementos giratorios en forma de rodillos que se fijan al elemento estructural y unas guías sobre las que se apoyan dichos rodillos, de tal forma que -al desplazar los rodillos a lo largo de las guías- el elemento estructural gira en torno al eje de giro.
Los rodillos son preferiblemente probetas cilíndricas, hechas de hormigón y fijadas al elemento estructural mediante un adhesivo adecuado, preferiblemente resina epoxi.
Asimismo, es preferible que las guías sobre las que se apoyan los rodillos no estén dispuestas de forma completamente horizontal, sino ligeramente inclinadas (por ejemplo entre 0 y 40 grados). Esta configuración específica aprovecha la fuerza gravitatoria. De hecho, al apoyar el elemento estructural en la parte superior (más elevada) de las guías inclinadas, el propio peso dicho elemento estructural hace que éste tienda espontáneamente a descender hasta la parte inferior, desplazándose a lo largo de dichas guías y gire durante este proceso sobre sí mismo, en torno al eje de giro.
No obstante, la presente invención contempla expresamente otras posibles realizaciones alternativas de los medios de giro, por ejemplo, medios de giro que comprenden sistemas de rueda-riel. En dichos medios de giro, los elementos giratorios son las ruedas que se fijan al elemento estructural y se colocan posteriormente sobre los rieles, de tal forma que -al desplazar las ruedas a lo largo de los rieles- el elemento estructural gira sobre sí mismo, en torno al eje de giro.
Además, en otra realización de la invención, los elementos de giro de los medios de de giro comprenden al menos un árbol motor que se introduce en al menos un taladro practicado en el elemento estructural y hace girar dicho elemento estructural gira sobre sí mismo, en torno al eje de giro.
Preferiblemente, los medios tensores actúan por gravedad. Así, en otra realización preferida de la invención, los medios tensores comprenden un elemento de distribución de carga que se fija a un segundo extremo del tejido de altas prestaciones mecánicas, comprendiendo -además- unos pesos que se cuelgan en distintos puntos de anclaje provistos en del elemento de distribución de carga para someter dicho tejido a tensión, por la acción de la gravedad.
No obstante, la presente invención contempla expresamente otras posibles realizaciones en las que los medios tensores no actúan por gravedad. Así, por ejemplo, en una realización alternativa de la presente invención, los medios tensores comprenden un miembro rotatorio que se une al segundo extremo del tejido de altas prestaciones mecánicas y gira en sentido contrario al sentido de giro predeterminado de los medios de giro, de tal forma que somete dicho tejido a tensión.
Un segundo objeto de la presente invención se refiere a un elemento estructural reforzado con tejido de altas prestaciones mecánicas, según un método de refuerzo de acuerdo con el primer objeto de la invención.
A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompaña una serie de figuras en las que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se han representado varias realizaciones diferentes de la presente invención.
Breve descripción de las Figuras
Las Figuras 1 a 8 son vistas esquemáticas. Cada una de ellas muestra una etapa distinta de las que consta el método de refuerzo de elementos estructurales con tejidos de altas prestaciones mecánicas, según la presente invención.
Referencias numéricas
(1) Elemento estructural a reforzar;
(2) Rodillos de los medios de giro;
(3) Tejido de altas prestaciones mecánicas;
(3a) Primer extremo del tejido de altas prestaciones mecánicas;
(3b) Segundo extremo del tejido de altas prestaciones mecánicas;
(4) Elemento de distribución de carga;
(5) puntos de anclaje de los pesos.
(6) Guías de los medios de giro;
(7) Pesos de los medios tensores;
(A) eje de giro.
Descripción de una realización preferida
A lo largo de la presente descripción, así como en las figuras adjuntas, los elementos con funciones iguales o similares se designarán con las mismas referencias numéricas.
En la Figura 1 se muestra esquemáticamente un elemento estructural 1, que se pretende reforzar por medio del método de refuerzo según la presente invención.
En esta realización particular de la invención y sin que ello tenga ningún carácter limitativo, el elemento estructural 1 es un pilar cilíndrico prefabricado, hecho de hormigón.
En la Figura 2 se ilustra esquemáticamente cómo, tras limpiar el elemento estructural 1, se colocan los rodillos 2, los cuales son -en esta realización particular de la invención y sin carácter limitativo- probetas cilíndricas hechas de hormigón, que se pegan al elemento estructural 1 por medio de resina epoxi. Preferiblemente, las probetas cilíndricas 2 se fijan -de forma completamente centrada- a las caras planas del elemento estructural 1.
En la Figura 3 puede verse como un primer extremo 3a de un tejido 3 de altas prestaciones mecánicas -en este caso particular y sin que ello tenga ningún carácter limitativo- un tejido de fibra de carbono se pega, por medio de resina epoxi, a la superficie principal del elemento estructural 1.
En la Figura 4 se muestra -de forma esquemática- un elemento 4 de distribución de carga, el cual es -en esta realización de la invención y sin que ello tenga un carácter limitativo- un listón de madera, unido mediante resina epoxi al segundo extremo 3b del tejido 3 de fibra de carbono. El listón 4 de madera está provisto, además, de puntos de anclaje 5, los cuales son -en esta realización particular de la invención y sin que ello tenga ningún carácter limitativo- clavijas.
En la Figura 5 se ilustra esquemáticamente como -según una posible realización no limitativa del procedimiento de la presente invención- dos guías 6 (que en esta realización de la invención, son dos perfiles metálicos), se disponen en paralelo y con una separación superior a la longitud del elemento estructural 1, pero suficientemente cerca como para garantizar que apoyarán sobre ellos las probetas 2 de hormigón, que han quedado adheridas a los extremos del elemento estructural 1 a reforzar.
Los perfiles metálicos 6 están preferiblemente a una altura suficiente para permitir que cuelgue del elemento 1 a reforzar y sin apoyar en el suelo, una longitud de tejido 3 suficiente para envolver completamente el elemento estructural 1, más los pesos que se colgarán posteriormente (mostrados en la Figura 6).
Según lo ya anticipado, en la Figura 6 se ilustra esquemáticamente como, una vez que el listón 4 ha quedado firmemente sujeto al segundo extremo 3b del tejido 3, en cada una de las clavijas 5 (provistas en dicho listón 4) se cuelga un peso 7, de tal forma que el tejido 3 se tensa por efecto de la fuerza gravitatoria, que actúa sobre cada uno de los pesos 7.
Gracias a dicho listón 4 y a las clavijas 5 provistas en el mismo, las cargas gravitatorias a las que se ve sometido el tejido 3, debidas a los pesos 7, se distribuyen a lo largo de toda la superficie del segundo extremo 3b de dicho tejido 3, tensándolo convenientemente, pero sin llegar a rasgarlo o deteriorarlo.
Posteriormente, se recubre de resina epoxi la superficie del elemento estructural 1 a reforzar y, tal y como se ilustra esquemáticamente en la Figura 7, se gira el elemento estructural 1 sobre su propio eje A de giro con ayuda de los perfiles metálicos 6, de tal forma que el tejido 3 se va enrollando alrededor de dicho elemento estructural 1.
En la Figura 8 se muestra esquemáticamente como el tejido 3 acaba recubriendo totalmente la superficie exterior del elemento estructural 1.
Llegados a este punto se colocan, posteriormente, unas cuñas entre las probetas 2 de hormigón y los perfiles metálicos 6, de tal forma que el elemento estructural 1 queda inmovilizado y se evita que, por efecto de los pesos 7, dicho elemento estructural 1 pueda girar en sentido contrario y el tejido 3 se desenrolle.
Finalmente, una vez que la resina epoxi ha endurecido y el tejido 3 ha quedado bien adherido al elemento estructural 1, se procede a retirar los pesos 7 del listón 4 de madera y a cortar la parte sobrante del tejido 3.
La presente invención no está limitada, en modo alguno, a las realizaciones aquí divulgadas. Para la persona experta en la técnica serán evidentes otras posibles realizaciones diferentes de esta invención, a la vista de la presente descripción. En consecuencia, el alcance de protección de la presente invención está definido, exclusivamente, por las reivindicaciones que siguen a continuación.
Aplicación industrial
Esta invención tiene, entre otras, las siguientes aplicaciones industriales: refuerzo de elementos estructurales de uso en edificaciones, y en obra civil, pre-fabricación de elementos estructurales de altas prestaciones y el ensayo de materiales de refuerzo de altas prestaciones.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. - Método de refuerzo de elementos estructurales (1) con tejidos (3) de altas prestaciones mecánicas, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
a) Proporcionar unos medios (2, 6) de giro provistos de unos elementos giratorios (2); b) fijar los elementos giratorios (2) a al menos un elemento estructural (1) de tal forma que los medios de giro (2, 6) puedan girar dicho elemento estructural (1) en torno a un eje (A) de giro y según un sentido de giro predeterminado;
c) pegar un primer extremo (3a) de al menos un tejido (3) de altas prestaciones mecánicas sobre la superficie externa del elemento estructural (1);
someter a tensión un segundo extremo (3b) del tejido (3) de altas prestaciones mecánicas por medio de unos medios tensores (4, 5, 7) que comprenden un elemento (4) de distribución de carga que se fija al segundo extremo (3b) del tejido (3) de altas prestaciones mecánicas, comprendiendo los medios tensores -ademásunos pesos (7) que se cuelgan en distintos puntos (5) de anclaje provistos en el elemento (4) de distribución de carga, para someter dicho tejido (3) a tensión, por la acción de la gravedad;
d) recubrir la superficie externa del elemento estructural (1) con al menos un adhesivo; e) girar el elemento estructural (1) en torno al eje de giro en el sentido de giro predeterminado, de tal forma que el tejido (3) se enrolle sobre la superficie externa del elemento estructural (1); e
f) inmovilizar el elemento estructural (1) para evitar que gire en sentido contrario y el tejido (3) se desenrolle.
2. - Método de refuerzo según la reivindicación 1, en el que los medios de giro (2, 6) comprenden unos rodillos (2) que se fijan al elemento estructural (1) y unas guías (6) sobre las que se apoyan dichos rodillos (2), de tal forma que, al desplazar los rodillos (2) a lo largo de las guías (6), el elemento estructural (1) gira en torno al eje (A) de giro.
3. - Método de refuerzo según la reivindicación 2, en el que las guías (6) sobre las que se apoyan los rodillos (2) están dispuestas de forma inclinada.
4. - Método de refuerzo según cualquiera de las reivindicaciones 2 y 3, en el que los rodillos (2) son probetas cilíndricas hechas de hormigón.
5. - Método de refuerzo según la reivindicación 4, en el que las probetas cilindricas de hormigón se fijan al elemento estructural (1) mediante resina epoxi.
6. - Método de refuerzo según la reivindicación 1, en el que los medios de giro (2, 6) comprenden al menos un árbol motor que se introduce en al menos un taladro practicado en el elemento estructural (1) y hace girar dicho elemento estructural (1) en torno al eje (A) de giro.
7. - Elemento estructural (1) reforzado con un tejido (3) de altas prestaciones mecánicas, según un método de refuerzo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.
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