ES2708379T3 - Refuerzo para hormigón reforzado - Google Patents

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Chester Wright
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Abstract

Un refuerzo para hormigón reforzado, incluyendo una varilla en espiral con un paso de entre 1 y 10 veces el diámetro (B) de un cilindro en el que se inscribe la varilla en espiral; donde una sección transversal plana de la varilla incluye: una sección central alrededor de un eje central de la varilla, y al menos dos pétalos conectados a la sección central y separados uno de otro por intervalos; donde, para al menos dos círculos concéntricos diferentes alrededor del eje central de la varilla, la suma de las medidas de ángulo de las secciones transversales de los pétalos con un menor círculo es igual o inferior a la suma de las medidas de ángulo de las secciones transversales de los pétalos con un círculo más grande; y donde toda la superficie exterior formada por al menos un pétalo de la varilla es una cinta continua helicoidal lisa caracterizado porque una zona en sección transversal de la sección central es menor que una zona en sección transversal de al menos uno de los pétalos; al menos una superficie de pétalo orientada a intervalo de al menos un intervalo de la varilla tiene nervios orientados al al menos único intervalo, donde una profundidad radial máxima del al menos único intervalo es más grande que una altura máxima de la superficie de pétalo orientada a intervalo de los nervios orientados al al menos único intervalo.

Description

DESCRIPCION
Refuerzo para hormigon reforzado
Campo tecnico
La presente descripcion se refiere en general al campo de los materiales de construccion y, en particular, a refuerzo para hormigon incluyendo estructuras de hormigon reforzado prefabricadas y monolfticas.
Tecnica anterior
El hormigon reforzado es un material de construccion popular. Utiliza tipicamente estructuras de refuerzo incrustadas que tienen alta resistencia a la traccion y ductilidad para reforzar el hormigon.
Un tipo de refuerzo popular es una barra de refuerzo de acero (es decir, barra de refuerzo). Una barra de refuerzo puede ser una varilla metalica laminada en caliente o estirada en fno con seccion transversal circular y superficie nervada.
Los nervios de las varias formas mejoran la union entre la barra de refuerzo y el hormigon para el rendimiento de la union bajo tension y flexion o curvado. Sin embargo, debido a la pequena altura de los nervios, la union entre los nervios y el hormigon puede romperse bajo el esfuerzo, produciendo el resbalamiento de la barra de refuerzo dentro del hormigon, lo que debilita el hormigon. Para obtener la necesaria resistencia a la traccion del refuerzo, la cantidad de barra de refuerzo debe incrementarse, lo que incrementa negativamente el peso del refuerzo y el costo de construccion del hormigon reforzado.
Otro tipo de refuerzo popular puede fabricarse a partir de piezas tubulares con nervios ondulados laminados en caliente. Este metodo de fabricacion proporciona un peso reducido del refuerzo. Sin embargo, tal estructura tubular de refuerzo no se puede hacer tfpicamente con un diametro de menos de 20 mm. Ademas, la ganancia economica es insignificante, debido a la mayor complejidad y consumo de energfa en la fabricacion de tal refuerzo.
Otro tipo de refuerzo es un cable de refuerzo, que incluye varios hilos de metal enrollados en torones. Este tipo de estructura de refuerzo proporciona un refuerzo mas efectivo que la barra de refuerzo, pero tiene un costo de fabricacion mucho mas alto.
El principal inconveniente de todos estos tipos de refuerzo es el uso inefectivo del material: bajo la carga combinada de una estructura de hormigon reforzado, tal como bajo flexion y tension combinados, solamente trabajan de hecho las capas superficiales del refuerzo. Las propiedades de resistencia de la estructura no se utilizan por completo. En el siglo pasado, se hicieron numerosos esfuerzos sustanciales por desarrollar refuerzos en espiral cuyo coeficiente de calidad estructural (capacidad de soporte de carga por masa) es sustancialmente mas alto que el de la barra de refuerzo nervada de uso actual.
Un diseno conocido de barra de refuerzo es una banda de acero de seccion transversal rectangular retorcida en espiral, cuyos nervios despues de la torsion se someten a una configuracion de deformacion. Esta solucion tecnica tampoco optimiza el uso del material en la estructura de refuerzo.
El modelo de utilidad CN 201321682 Y se refiere a una barra de refuerzo con ranuras de alta resistencia que se forma de modo que de tres a siete ranuras longitudinales en espiral esten dispuestas en el cuerpo de columna de la barra de refuerzo. Una parte inferior de la ranura es una superficie convexa; la seccion de la ranura es una superficie de arco elevada hacia arriba, o tiene forma de W o de M.
DE 2821 902 A1 describe una varilla de acero que tiene un nucleo generalmente redondeado y dos o mas series espaciadas de nervios paralelos sobresalientes, construida de modo que los nervios actuen como roscas para unir la varilla a un dispositivo de fijacion o conexion que tiene roscas internas coincidentes. Ademas de la estructura de nervios, la varilla de acero incluye una ranura longitudinal en al menos una de las regiones entre los extremos adyacentes de dos de las series de nervios. La ranura o ranuras longitudinales proporcionan un canal que permite que las cavidades entre la varilla y el medio envolvente de fijacion o conexion se llenen de cemento o material similar que protegera las superficies internas contra la corrosion.
US 1317 824 A se refiere a una barra metalica para uso como refuerzo en construcciones de hormigon. La barra tiene una porcion de cuerpo uniforme longitudinalmente con respecto al eje neutro.
La porcion de cuerpo en seccion transversal esta formada con caras concavas y el metal entre las porciones marginales de dichas caras forma nervios radiales que se extienden paralelos, pero lejos del eje neutro, y una pluralidad de lenguetas aisladas que se extienden en diagonal a traves de las caras concavas de un nervio a otro. Dichas lenguetas se solapan longitudinalmente con respecto a la barra y son de un area en seccion transversal que vana inversamente en todas las porciones de solapamiento, por lo que se efectua una distribucion uniforme de metal en las lenguetas en toda la longitud de la barra y el area en seccion transversal combinada del cuerpo y las lenguetas es sustancialmente constante.
As^ se necesita un refuerzo mejorado para hormigon reforzado, que tenga menos peso al mismo tiempo que utilice completamente las propiedades de resistencia de su material.
Descripcion de la invencion
En este documento se describe una estructura de refuerzo para hormigon reforzado.
En un aspecto ejemplar, un refuerzo para hormigon reforzado incluye una varilla en espiral con un paso de entre 1 y 10 veces el diametro de un cilindro en el que se inscribe la varilla en espiral; donde una seccion transversal plana de la varilla incluye: una seccion central alrededor de un eje central de la varilla, y al menos dos petalos conectados a la seccion central y separados uno de otro por intervalos; donde, para al menos dos drculos concentricos diferentes alrededor del eje central de la varilla, la suma de las medidas de angulo de las secciones transversales de los petalos con el menor cfrculo es igual o menor que la suma de las medidas de angulo de las secciones transversales de los petalos con el cfrculo mas grande.
En algunos aspectos, los petalos son de seccion transversal sustancialmente triangular.
En algunos aspectos, los petalos estan conectados con la seccion central por sus vertices. En algunos aspectos, los bordes de petalo distantes de la seccion central son circulares.
En algunos aspectos, el paso es constante.
En algunos aspectos, el paso es variable.
En algunos aspectos, al menos una superficie de la varilla tiene nervios.
En algunos aspectos, la altura de los nervios es de entre 0,5 mm y 1,0 mm y las distancias entre los nervios son de entre 5 mm y 15 mm.
En algunos aspectos, la barra se hace de metal.
En algunos aspectos, la barra es soldable.
El resumen simplificado anterior de aspectos ejemplares de la invencion sirve para proporcionar una comprension basica de la invencion. Este resumen no es una vision general amplia de todos los aspectos contemplados, y no se pretende que identifique elementos clave o cnticos de todos los aspectos ni que delinee el alcance de alguno o todos los aspectos de la invencion. Su unica finalidad es presentar uno o varios aspectos de forma simplificada como un preludio de la descripcion mas detallada siguiente de la invencion. Para el logro de lo anterior, el uno o varios aspectos de la presente invencion incluyen los elementos descritos y senalados en particular en las reivindicaciones.
Breve descripcion de los dibujos
Los dibujos acompanantes, que se incorporan y constituir una parte de esta memoria descriptiva, ilustran uno o varios aspectos ejemplares de la invencion y, conjuntamente con la descripcion detallada, sirven para explicar sus principios e implementaciones. Las realizaciones (figuras 3 a 6) sin nervios no forman parte de la invencion.
La figura 1 ilustra una seccion transversal de un ejemplo de barra de refuerzo de dos hojas con nervios en su superficie.
La figura 2 ilustra una vista general de un ejemplo de barra de refuerzo de dos hojas con nervios en su superficie. La figura 3 ilustra una seccion transversal de un ejemplo de barra de refuerzo de tres hojas sin nervios en su superficie y se presenta a efectos ilustrativos solamente.
La figura 4 ilustra una vista general de un ejemplo de barra de refuerzo de tres hojas sin nervios en su superficie y se presenta a efectos ilustrativos solamente.
La figura 5 ilustra una seccion transversal de un ejemplo de barra de refuerzo de cuatro hojas sin nervios en su superficie y se presenta a efectos ilustrativos solamente.
La figura 6 ilustra una vista general de un ejemplo de barra de refuerzo de cuatro hojas sin nervios en su superficie y se presenta a efectos ilustrativos solamente.
Mejor modo de llevar a la practica la invencion
Aqu se describen aspectos ejemplares de una estructura de refuerzo para hormigon reforzado. Los expertos en la tecnica observaran que la descripcion siguiente es ilustrativa solamente y no tiene la finalidad de ser limitativa de ninguna forma. Otros aspectos seran facilmente evidentes a los expertos en la tecnica que conozcan esta descripcion. Ahora se hara referencia en detalle a implementaciones de los aspectos ejemplares ilustrados en los dibujos acompanantes. Se usaran os mismos indicadores de referencia en todos los dibujos y la descripcion siguiente para hacer referencia a los mismos elementos o analogos.
La barra de refuerzo ejemplar representada en las figuras 1-6 es una espiral multihoja, con un paso igual a 1 a 10 veces el diametro del cilindro imaginario (0B) en el que se inscribe la espiral. Las hojas forman una espiral longitudinalmente a lo largo de la varilla. El paso T puede ser variable o constante. La seccion transversal de cada una de las hojas de la espiral es un petalo generalmente triangular con su vertice apuntando hacia una seccion central alrededor del eje de la varilla de refuerzo. El lado exterior de cada uno de los petalos triangulares esta conformado en general a modo de arco.
La barra de refuerzo ejemplar se puede hacer de metal, tal como acero, y es soldable, lo que la hace util para un amplio rango de aplicaciones.
Las superficies de las hojas ejemplares de la espiral pueden tener nervios o salientes generalmente lineales de forma lineal, como se representa, por ejemplo, en las figuras 1-2. Las dimensiones de las secciones transversales de los nervios, dependiendo del diametro del cilindro imaginario en el que se inscribe la espiral, puede ser del rango de 0,5 x 0,5 a 1,0 x 1,0 mm, mientras que la distancia entre ellos es del rango de 5 a 15 mm. Los nervios pueden estar conformados como medio cilindro.
Mas en general, los nervios pueden tener forma arbitraria. En varios aspectos, los nervios pueden ser rectos, reticulares o puntiagudos. En varios aspectos, los nervios pueden ser generalmente transversales o longitudinales en direccion con relacion al eje de la varilla.
Una caractenstica de las varillas ejemplares es que su peso reducido (en comparacion con una varilla cilindrica maciza); no obstante, conserva sustancialmente la resistencia de las estructuras de hormigon reforzado hechas con tales varillas debido a la apropiada utilizacion de las propiedades de resistencia tanto del hormigon como del refuerzo transfiriendo gran parte del material de refuerzo a la periferia de su seccion transversal. Esta capacidad de trabajo incrementada del refuerzo redistribuyendo su material a la periferia de la seccion transversal se explica por las consideraciones siguientes.
La carga combinada es una carga en la que varios factores de fuerza internos actuan al mismo tiempo sobre las secciones transversales de la estructura. La carga combinada se puede considerar como una combinacion de tipos simples (tension axial, flexion y torsion), donde solamente un solo factor de fuerza interno surge en las secciones transversales de los elementos estructurales: una fuerza normal N en el caso de tension, un momento de flexion Mx para flexion pura, y un par Mx para torsion. Estos tipos de carga (tension axial, flexion y torsion) son cargas simples. Sus relaciones basicas se presentan en la tabla siguiente.
Figure imgf000004_0001
Figure imgf000005_0001
a: resistencia a la tension axial
F: area en seccion transversal
t : resistencia a la cizalladura
Wx: momento axial de resistencia, que es la relacion del momento de inercia Jx con respecto al eje y la distancia al punto mas distante de la seccion transversal rmax
Jx: momento axial de inercia relativo a un eje inmovil, que es la suma de los productos de las masas de todos los n puntos materiales del sistema por los cuadrados de sus distancias al eje: Ja = X mi r2, donde: i=1 ... n, mi es la masa del i-esimo punto, r es la distancia del i-esimo punto al eje.
Como se puede ver por las formulas anteriores, toda la seccion transversal de la varilla ejemplar es cargada uniformemente solamente bajo tension pura. Bajo carga combinada, la mayor parte de la carga es soportada por las porciones perifericas de la seccion transversal de la barra de refuerzo proporcionalmente a los cuadrados de sus distancias al eje. Por esta razon, la seccion transversal de las hojas tiene una forma de petalo que se aproxima a un triangulo para plena utilizacion de sus propiedades.
El uso del refuerzo de la presente invencion permite la conservacion de la resistencia de estructuras de hormigon reforzado con sustancialmente menos peso de la barra de refuerzo.
Una ventaja de la barra de refuerzo ejemplar es una reduccion de la masa general del refuerzo al mismo tiempo que se conserva la firmeza del hormigon reforzado, lo que se atribuye a una utilizacion mas plena de la firmeza tanto del hormigon como del refuerzo.
Por ejemplo, la estructura de barra de refuerzo ejemplar tiene sustancialmente menor masa que el refuerzo con barra de refuerzo con igual resistencia a la flexion de la estructura de hormigon reforzado.
Otra ventaja de la estructura de barra de refuerzo ejemplar es que proporciona un aumento significativo de la superficie de contacto entre la estructura de refuerzo y el material de hormigon circundante y, en consecuencia, un aumento de la carga que el hormigon reforzado puede resistir con ayuda de la estructura de refuerzo sin fallo.
Una ventaja de tener nervios en la superficie de la estructura de barra de refuerzo ejemplar es que evitan el "desenroscado" de la estructura de refuerzo de hormigon bajo carga.
Una ventaja del redondeo de los bordes de la estructura de barra de refuerzo ejemplar es que evita la concentracion de esfuerzo en hormigon en el punto de contacto con el refuerzo.
Tambien se debera indicar que un hormigon reforzado que incorpora la estructura de barra de refuerzo ejemplar tiene la misma resistencia que un hormigon reforzado que incorpora un refuerzo del tipo de barra de refuerzo que tiene igual diametro en seccion transversal.
Notablemente, la barra de refuerzo ejemplar de tal diseno usa sustancial menos metal o acero proporcionando al mismo tiempo la misma resistencia en comparacion con el refuerzo del tipo de barra de refuerzo.
En caso de fallo de los elementos de construccion, tal como durante un terremoto, el uso de barra de refuerzo ejemplar reduce el riesgo de muerte o lesion de personas producido por el colapso de piezas de hormigon.
En varios aspectos, el proceso de fabricar la estructura de barra de refuerzo ejemplar aqrn descrita puede realizarse usando dispositivos de laminado y torsion electromecanicos conocidos operados bajo el control de un ordenador programado con instrucciones de programa espedficas. La barra de refuerzo ejemplar puede fabricarse, por ejemplo, pasando una varilla cilmdrica calentada a traves de uno o varios soportes con dos o mas rodillos de conformacion movidos con superficie de trabajo con textura y posterior torsion de la barra de refuerzo resultante.
En interes de la claridad, no todos los elementos rutinarios de los aspectos se describen en este documento. Se apreciara que, en el desarrollo de cualquier implementacion real de la invencion, deben hacerse numerosas decisiones espedficas de implementacion con el fin de lograr los objetivos espedficos del desarrollador, y que estos objetivos espedficos variaran en las diferentes implementaciones y con los diferentes desarrolladores. Se apreciara que tal esfuerzo de desarrollo podna ser complejo y lento, pero, no obstante, sera una tarea tecnica rutinaria para los expertos en la tecnica que conozcan esta descripcion.
Ademas, se ha de entender que la fraseologfa o la terminologfa aqrn usadas tienen la finalidad de descripcion y no de restriccion, de tal manera que la terminologfa o la fraseologfa de la presente memoria descriptiva se ha de interpretar por los expertos en la tecnica a la luz de las ideas y directrices aqrn presentadas, en combinacion con el conocimiento de los expertos en la tecnica o tecnica relevantes. Ademas, no se preve que a ningun termino de la memoria descriptiva o de las reivindicaciones se le atribuya un significado insolito o especial a no ser que se indique de forma explfcita.
Los varios aspectos aqrn descritos abarcan los equivalentes conocidos presentes y futuros de los componentes conocidos aqrn referidos a modo de ilustracion. Ademas, aunque se han mostrado y descrito aspectos y aplicaciones, sera evidente a los expertos en la tecnica que conozcan esta descripcion que muchas mas modificaciones de las anteriormente indicadas son posibles sin apartarse del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un refuerzo para hormigon reforzado, incluyendo
una varilla en espiral con un paso de entre 1 y 10 veces el diametro (B) de un cilindro en el que se inscribe la varilla en espiral;
donde una seccion transversal plana de la varilla incluye:
una seccion central alrededor de un eje central de la varilla, y
al menos dos petalos conectados a la seccion central y separados uno de otro por intervalos;
donde, para al menos dos drculos concentricos diferentes alrededor del eje central de la varilla,
la suma de las medidas de angulo de las secciones transversales de los petalos con un menor drculo es igual o inferior a
la suma de las medidas de angulo de las secciones transversales de los petalos con un drculo mas grande;
y
donde toda la superficie exterior formada por al menos un petalo de la varilla es una cinta continua helicoidal lisa caracterizado porque
una zona en seccion transversal de la seccion central es menor que una zona en seccion transversal de al menos uno de los petalos;
al menos una superficie de petalo orientada a intervalo de al menos un intervalo de la varilla tiene nervios orientados al al menos unico intervalo,
donde una profundidad radial maxima del al menos unico intervalo es mas grande que una altura maxima de la superficie de petalo orientada a intervalo de los nervios orientados al al menos unico intervalo.
2. El refuerzo de la reivindicacion 1, donde los petalos son de seccion transversal sustancialmente triangular.
3. El refuerzo de la reivindicacion 2, donde los petalos estan conectados con la seccion central por sus vertices.
4. El refuerzo de la reivindicacion 1, donde los bordes de petalo distantes de la seccion central son circulares.
5. El refuerzo de la reivindicacion 1, donde el paso es constante.
6. El refuerzo de la reivindicacion 1, donde el paso es variable.
7. El refuerzo de la reivindicacion 1, donde la altura de los nervios es de entre 0,5 mm y 1,0 mm y las distancias entre los nervios son de entre 5 mm y 15 mm.
8. El refuerzo de la reivindicacion 1, donde la barra se hace de metal.
9. El refuerzo de la reivindicacion 1, donde la barra es soldable.
10. El refuerzo de la reivindicacion 1, donde la seccion central tiene nervios.
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