ES2773978T3 - Refuerzo no magnético en estructuras flotantes de hormigón presolicitado - Google Patents
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Abstract
Método de fabricación de una estructura flotante de hormigón (13) presolicitado, que comprende las siguientes etapas: - colocar al menos una primera barra de refuerzo (12) que comprende basalto en un molde, sustancialmente a lo largo de una extensión longitudinal del molde; - verter hormigón en el molde de modo que el hormigón cubra la al menos una barra de refuerzo (12); - permitir que el hormigón se cure; y - colocar al menos un elemento flotante en el hormigón antes o después del curado para formar una estructura flotante de hormigón, y - presolicitar la al menos una primera barra de refuerzo (12) pretensando dicha barra antes de verter el hormigón y la tensión aplicada a la al menos una primera barra de refuerzo (12) se libera después de que el hormigón se haya curado, en donde la estructura de hormigón (13) tiene una sección transversal sustancialmente en forma de U de manera que rodee sustancialmente al menos tres lados del elemento flotante.
Description
DESCRIPCIÓN
Refuerzo no magnético en estructuras flotantes de hormigón presolicitado
La presente invención se refiere a refuerzos en estructuras flotantes de hormigón presolicitado tales como pontones, muelles, rompeolas, aterrizajes de transbordadores, plataformas de casas flotantes y plataformas de baño.
Antecedentes técnicos de la invención
Las estructuras de hormigón para aplicaciones flotantes son un componente común en la construcción civil actual y las estructuras flotantes de hormigón han estado disponibles comercialmente durante casi cien años. Entre muchas aplicaciones hay pontones para amarre de embarcaciones, rompeolas flotantes, aterrizajes de transbordadores y plataformas de baño.
El hormigón tiene una debilidad natural en la tensión. Por lo tanto, las estructuras de hormigón dependen de la resistencia del refuerzo incrustado. Este refuerzo consiste normalmente en arena o redes de barras de hierro con o sin fibras de acero o plástico añadidas, como por ejemplo se describe en el documento US 2005/0103250. El hecho de que cualquier estructura flotante de hormigón esté parcialmente sumergida en agua plantea un gran desafío para cualquier construcción, ya que los iones de cloruro del agua circundante penetrarán en el hormigón y finalmente entrarán en contacto con el refuerzo, causando que el refuerzo se corroa. La corrosión a su vez conduce a la falla de la barra de refuerzo y disminuye la protección contra la tensión de tracción, lo que finalmente resulta en grietas en el hormigón. Por lo tanto, cuando la distancia de migración calculada de los iones de cloruro es igual al grosor de la cubierta de hormigón, se alcanza la vida útil técnica del producto y debe reemplazarse.
El estándar de la industria para prolongar la vida útil técnica de una estructura flotante de hormigón ha sido ya sea aumentar la calidad del hormigón, ralentizando de este modo el transporte de iones de cloruro en el hormigón, o fundir con capas más gruesas de hormigón entre el agua y la parte más externa del refuerzo, es decir, capas de acabado más gruesas también llamadas cubierta de hormigón. El aumento de la calidad del hormigón también aumenta el costo de fabricación, mientras que las capas de acabado más gruesas requieren más hormigón y conducen a estructuras de hormigón más voluminosas que alteran sus características de flotación.
Se han propuesto otros materiales para reemplazar las barras de refuerzo de acero y hierro para proporcionar protección contra la corrosión, tales como las fibras de polímero, vidrio, carbono o aramida. El documento WO 2011/108941 divulga un sistema de refuerzo para estructuras de hormigón, tales como pontones, que comprende elementos de refuerzo hechos de basalto o fibras de carbono. Los elementos de refuerzo están interconectados por bandas flexibles en unidades compactas, que se extienden en longitudes más largas en el sitio de construcción. Los documentos WO 2013/032416 y JP 2008274667 también divulgan barras de refuerzo hechas de basalto o fibras de carbono para estructuras de hormigón y se relacionan con el procedimiento de fabricación. Un inconveniente con estos otros materiales consiste en que tienen una vida útil deficiente en el entorno altamente alcalino del hormigón. Además, las características de los materiales propuestos con respecto a la resistencia, la deformación y la elasticidad difieren de las de los metales.
Otra desventaja con el refuerzo fabricado de materiales no metálicos en estructuras flotantes de hormigón consiste en que se ha demostrado que el hormigón es susceptible a agrietarse o romperse en condiciones severas del mar debido a las olas entrantes. Por lo tanto, existe la necesidad de desarrollar un refuerzo mejorado para estructuras flotantes de hormigón que superen los problemas de corrosión mientras minimicen la cantidad de hormigón requerida.
Sumario de la invención
El objetivo de la presente invención consiste en proporcionar sistemas y métodos para mejorar el refuerzo de estructuras flotantes de hormigón presolicitado.
Esto se logra mediante un método de fabricación de una estructura flotante de hormigón según las reivindicaciones 1 o 2, que comprende las etapas de colocar al menos una primera barra de refuerzo que comprende basalto en un molde, sustancialmente a lo largo de una extensión longitudinal del molde; verter hormigón en el molde de modo que el hormigón cubra la al menos una barra de refuerzo; permitir que el hormigón se cure; y unir al menos un elemento flotante al hormigón antes o después del curado para formar una estructura flotante de hormigón. El método además comprende presolicitar la al menos una primera barra de refuerzo, antes o después de que el hormigón se haya curado. La estructura de hormigón tiene una sección transversal en forma de U de manera que rodee sustancialmente al menos tres lados del elemento flotante. Con el fin de fabricar estructuras de hormigón con un tramo más largo, adaptadas a dimensiones o requisitos específicos, a menudo se utiliza hormigón presolicitado (pretensado o postesado). El hormigón pretensado se funde alrededor de los tendones de acero, cables o barras, mientras están bajo tensión. El hormigón se adhiere a los tendones a medida que se cura, y cuando se libera la tensión, se transfiere al hormigón como compresión por fricción estática. El hormigón postesado se moldea alrededor de los tendones de acero y se deja curar antes del tensado posterior de los tendones mediante, por ejemplo, gatos hidráulicos empujando contra la estructura de hormigón curado. El hormigón postesado puede estar ya sea adherido o no adherido,
refiriéndose a si los tendones pueden moverse libremente en relación con el hormigón una vez que el hormigón esté curado. Cuando se aplica suficiente tensión, los tendones se sujetan o se acuñan en posición para mantener la tensión después de retirar los gatos. La tensión impuesta posteriormente sobre el hormigón se transfiere directamente a los tendones. Como consecuencia, es posible fabricar estructuras de hormigón más largas con un grosor reducido mientras se conservan las propiedades de resistencia en compresión y tensión. Sin embargo, dado que las barras de refuerzo fabricadas de acero o hierro normalmente se usan en hormigón presolicitado, el problema de corrosión todavía está presente. Otro problema encontrado al presolicitar el hormigón para estructuras flotantes de hormigón consiste en que las barras de refuerzo sobresalen del molde después del curado, lo que requiere capas de acabado de hormigón adicionales para cubrir.
Se ha descubierto que al presolicitar las barras de refuerzo fabricadas de material no magnético tal como el basalto, por lo tanto, no son susceptibles a la corrosión como las barras de refuerzo metálicas, es posible lograr estructuras flotantes de hormigón fuertes que son capaces de resistir las duras condiciones del mar, incluidas las altas olas sin romperse o agrietarse. Por lo tanto, la presente invención resuelve el problema de proteger el refuerzo de estructuras flotantes de hormigón contra la corrosión y al mismo tiempo permite una reducción considerable de la cantidad de hormigón durante la fabricación. La resistencia a la tracción de la estructura flotante de hormigón también aumenta debido a las fuerzas de compresión resultantes aplicadas por las barras de refuerzo presolicitadas.
En el contexto de la presente invención, el término presolicitado o presolicitar comprende tanto el presolicitado como el postesado de las barras de refuerzo para crear una estructura de hormigón presolicitado con una resistencia a la tracción considerablemente aumentada en comparación con una estructura de hormigón sin tensar. Como tal, debe entenderse que los elementos y dispositivos necesarios para aplicar y mantener las fuerzas de tracción de presolicitado a las barras de refuerzo y la estructura de hormigón presolicitado de la presente invención se incluyen implícitamente como se conoce en la técnica, aunque no se divulgan explícitamente en la descripción actual.
En el contexto de la presente invención, el término material no magnético debe interpretarse como cualquier material que no esté o solo sea afectado de manera insignificante por campos magnéticos. Las definiciones secundarias de los materiales que se utilizarán como barras o elementos de refuerzo en la presente invención son no metálicos, no conductores, no corrosivos o similares.
En una realización ventajosa, la al menos una barra de refuerzo está pretensada antes de verter el hormigón y la tensión aplicada a la al menos una primera barra de refuerzo se libera después de que el hormigón se haya curado.
En una realización alternativa, la al menos una barra de refuerzo se postesa después de que el hormigón se haya curado sustancialmente y se mantenga la tensión aplicada a la al menos una primera barra de refuerzo.
El material no magnético utilizado para las barras de refuerzo de la presente invención comprende basalto. El basalto es una roca ígnea extrusiva (volcánica) común formada a partir del enfriamiento rápido de la lava basáltica. Tiene excelentes propiedades anticorrosivas, así como una alta resistencia a la tracción. Por lo tanto, las barras de refuerzo fabricadas de basalto serán adecuadas, por lo tanto, para su uso en estructuras flotantes de hormigón presolicitado y resisten a la corrosión.
En una realización alternativa, el método comprende agregar fibras de refuerzo fabricadas de basalto, plástico, polímeros, vidrio, carbono, aramida o cualquier combinación de los mismos en el hormigón. Las fibras no magnéticas incorporadas en la matriz del hormigón ofrecen una mayor protección contra grietas durante el vertido.
En una realización preferente adicional, la etapa de unir al menos un elemento flotante al hormigón comprende colocar el al menos un elemento flotante en el molde adyacente a la al menos una barra de refuerzo antes de verter el hormigón. Al colocar el elemento flotante en el molde antes de verter el hormigón, la estructura de hormigón puede adaptarse para rodear total o parcialmente el elemento flotante para formar la estructura flotante de hormigón durante el vertido. Alternativamente, el elemento flotante se puede unir al hormigón de una manera conocida después de que el hormigón se haya curado.
En una realización ventajosa, el método además comprende la etapa de colocar al menos una segunda barra de refuerzo presolicitada que comprende basalto sustancialmente perpendicular a la al menos una primera barra de refuerzo presolicitada. Al proporcionar barras de refuerzo presolicitadas perpendiculares que comprenden basalto, la resistencia a la tracción de la estructura flotante de hormigón aumentará tanto en la dirección longitudinal como lateral.
En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a una estructura flotante de hormigón presolicitado según la reivindicación 8 que comprende al menos un elemento flotante incrustado o unido a la estructura de hormigón, y al menos una primera barra de refuerzo presolicitada incrustada en la estructura de hormigón sustancialmente a lo largo de una extensión longitudinal de la misma, en donde la barra de refuerzo comprende basalto.
En una realización preferente, el hormigón comprende fibras de refuerzo fabricadas de material no magnético. Preferentemente, el material no magnético comprende fibras de basalto, plástico, polímeros, vidrio, carbono, aramida o cualquier combinación de los mismos.
En una realización preferente adicional, la estructura flotante de hormigón comprende al menos una barra de refuerzo presolicitada que comprende basalto posicionado sustancialmente perpendicular a la primera barra de refuerzo presolicitada.
En una realización ventajosa, el elemento flotante tiene una sección transversal sustancialmente rectangular y la estructura de hormigón tiene una sección transversal sustancialmente en forma de U de manera que rodee sustancialmente al menos tres lados del elemento flotante. Preferentemente, la estructura flotante de hormigón comprende una pluralidad de barras de refuerzo presolicitadas que comprenden basalto incrustado en al menos una región de esquina de la sección transversal en forma de U de la estructura de hormigón. Más preferentemente, las barras de refuerzo presolicitadas están incrustadas en cada región de esquina de la sección transversal en forma de U de la estructura de hormigón, así como en la región de extremo de cada vástago de la forma de U.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra en una vista en perspectiva una estructura flotante de hormigón presolicitado según la presente invención en forma de un pontón;
la figura 2 muestra en una vista en sección transversal una estructura flotante de hormigón presolicitado según la técnica anterior; y
la figura 3 muestra en una vista en sección transversal una estructura flotante de hormigón presolicitado según la presente invención.
Descripción detallada de la invención
A continuación, la estructura flotante de hormigón se describirá con más detalle, haciendo referencia a las figuras. Sin embargo, la invención no debe considerarse limitada a la realización o realizaciones mostradas en las figuras y descritas a continuación, sino que puede variarse dentro del alcance de las reivindicaciones.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una estructura flotante de hormigón presolicitado según la presente invención, en forma de un pontón. Debe entenderse que otros ejemplos de estructuras flotantes de hormigón presolicitado, tales como muelles, rompeolas, plataformas de baño, muelles de amarre, puentes, flotadores, plataformas de casas flotantes, etc., también pueden fabricarse en base a los principios de la presente invención.
Normalmente, los pontones se fabrican fundiendo o moldeando hormigón alrededor de un elemento flotante. El elemento flotante puede comprender espuma de plástico o polímero de celda cerrada, recipientes llenos de aire o inflables o básicamente cualquier elemento que sea capaz de proporcionar flotabilidad suficiente a la estructura de hormigón terminada. Es deseable que el pontón tenga un francobordo de al menos 50 cm cuando flota, pero el francobordo puede adaptarse a condiciones y requisitos específicos. El número y la fuerza de flotabilidad de los elementos flotantes se adaptan al tamaño y la cantidad de hormigón requerido para que el pontón logre el francobordo deseado.
En la figura 2, se muestra la sección transversal de un pontón 1 según la técnica anterior. El pontón 1 comprende barras de refuerzo 2 fabricadas, habitualmente, de acero incrustado en la estructura de hormigón 3 a lo largo de una extensión longitudinal del pontón. En la dirección lateral, una red metálica o malla 4 está incrustada en la estructura de hormigón 3 para añadir resistencia.
La figura 3 ilustra una sección transversal de un pontón 10 según la presente invención. Se puede ver que el hormigón se ha vertido para rodear un elemento flotante (no mostrado) en al menos tres lados del elemento flotante. Idealmente, la estructura de hormigón 13 tiene sustancialmente forma de U colocada al revés, con los vástagos 14, 15 de la forma de U extendiéndose verticalmente hacia abajo cuando el pontón 10 está flotando en el agua. Preferentemente, los vástagos se extienden más allá del lado del elemento flotante, creando de este modo una cámara de turbulencia que es beneficiosa para romper y amortiguar las olas entrantes. La cámara de turbulencia está delimitada por los vástagos de la estructura de hormigón 13 en forma de U y el lado inferior del elemento flotante.
Para reforzar y fortalecer la estructura flotante de hormigón, una pluralidad de barras de refuerzo 12 presolicitadas que comprenden basalto está incrustada en la estructura de hormigón 13. En la figura 3 se puede ver que tres barras de refuerzo 12 están incrustadas en cada región de la esquina superior 16, 17 de la estructura de hormigón 13, así como en la región de extremo distal 18, 19 de cada vástago de la estructura de hormigón 13 en forma de U. Sin embargo, la presente invención prevé cualquier número de barras de refuerzo 12. Las barras de refuerzo 12 se extienden en una dirección longitudinal de la estructura flotante de hormigón 13 y se pretensan antes de verter el hormigón. La tensión se mantiene mientras el hormigón se cura de manera que el hormigón se adhiera a las barras de refuerzo pretensadas. Cuando se cura el hormigón, se libera la tensión, lo que da como resultado la transferencia de una fuerza de compresión desde las barras de refuerzo 12 a la estructura de hormigón 13. Esta fuerza de compresión aumenta la resistencia a la tracción de la estructura de hormigón 13 reforzado, por lo que es capaz de resistir fuerzas más fuertes sin agrietarse ni romperse.
Como alternativa al pretensado, el presolicitado de la estructura de hormigón también se puede lograr a través del postesado unido o no unido de las barras de refuerzo. Aquí, las barras de refuerzo 13 se colocan en el molde y el hormigón se vierte y se deja curar. En el caso de un postesado no unido de las barras de refuerzo, cada base de refuerzo está cubierta, por ejemplo, por una funda de plástico de tal manera que la barra de refuerzo pueda moverse libremente en relación con el hormigón. Después del curado, se aplica tensión a las barras de refuerzo 12 por ejemplo, por medio de gatos hidráulicos. Cuando se ha aplicado suficiente tensión, las barras de refuerzo 12 se atrapan o se sujetan en su posición, por ejemplo, mediante anclajes adecuados, de modo que la tensión aplicada se mantenga y transfiera a la estructura de hormigón mediante fricción estática. La presente invención abarca ambos métodos de presolicitado de hormigón.
En una realización alternativa, la estructura flotante de hormigón 13 presolicitado se fabrica como una plataforma o losa de hormigón reforzado adaptada para ser soportada por uno o más elementos flotantes. Aquí, la estructura de hormigón 13 se prefabrica según el principio de la presente invención utilizando barras de refuerzo presolicitadas incrustadas en una dirección longitudinal de la estructura de hormigón y posteriormente unidas a los elementos flotantes. Debido a la mayor resistencia a la tracción debido a las barras de refuerzo presolicitadas, la plataforma puede hacerse muy delgada y liviana. La plataforma prefabricada de hormigón reforzado se puede unir a dispositivos flotantes ya existentes, tales como pontones, muelles, rompeolas, aterrizajes de transbordadores, flotadores y plataformas de baño.
Las barras de refuerzo usadas en la presente invención comprenden basalto, que es una roca ígnea extrusiva (volcánica) común formada a partir del enfriamiento rápido de la lava basáltica. Tiene excelentes propiedades anticorrosivas, así como una alta resistencia a la tracción (4,84 GPa), un alto módulo elástico (89 GPa) y una excelente tenacidad específica (1790 kNm/kg), tres veces mayor que la del acero. Las barras de refuerzo de basalto están fabricadas de fibras de basalto retorcidas o hebras de las longitudes deseadas. Las barras de refuerzo de basalto están fabricadas a partir de fibras o filamentos de basalto retorcidos de longitudes deseadas.
Las barras de refuerzo presolicitadas que comprenden basalto también se pueden incrustar en una dirección lateral de la estructura flotante de hormigón, perpendicular al primer conjunto de barras de refuerzo 12 presolicitadas. Esto aumentará la resistencia a la tracción de la estructura flotante de hormigón 13 también en la dirección lateral.
Aunque las barras de refuerzo presolicitadas en las estructuras flotantes de hormigón 13 sobresalgan del hormigón después de la fundición, las propiedades anticorrosivas o no corrosivas de las barras de refuerzo evitan la necesidad de capas adicionales de acabado de hormigón. Por lo tanto, la cantidad de hormigón necesaria para fabricar el pontón se reduce drásticamente, en el orden del 50 %. Además, la mayor resistencia a la tracción de la estructura flotante de hormigón que comprende barras de refuerzo presolicitadas que comprenden basalto permite una mayor reducción en la cantidad de hormigón requerido.
Claims (13)
1. Método de fabricación de una estructura flotante de hormigón (13) presolicitado, que comprende las siguientes etapas:
- colocar al menos una primera barra de refuerzo (12) que comprende basalto en un molde, sustancialmente a lo largo de una extensión longitudinal del molde;
- verter hormigón en el molde de modo que el hormigón cubra la al menos una barra de refuerzo (12);
- permitir que el hormigón se cure; y
- colocar al menos un elemento flotante en el hormigón antes o después del curado para formar una estructura flotante de hormigón, y
- presolicitar la al menos una primera barra de refuerzo (12) pretensando dicha barra antes de verter el hormigón y la tensión aplicada a la al menos una primera barra de refuerzo (12) se libera después de que el hormigón se haya curado, en donde la estructura de hormigón (13) tiene una sección transversal sustancialmente en forma de U de manera que rodee sustancialmente al menos tres lados del elemento flotante.
2. Método de fabricación de una estructura flotante de hormigón (13) presolicitado, que comprende las siguientes etapas:
- colocar al menos una primera barra de refuerzo (12) que comprende basalto en un molde, sustancialmente a lo largo de una extensión longitudinal del molde;
- verter hormigón en el molde de modo que el hormigón cubra la al menos una barra de refuerzo (12);
- permitir que el hormigón se cure; y
colocar al menos un elemento flotante en el hormigón antes o después del curado para formar una estructura flotante de hormigón, y
presolicitar al menos una primera barra de refuerzo (12), y
- en donde la al menos una barra de refuerzo no magnética se postesiona después de que el hormigón se haya curado sustancialmente y se mantiene la tensión aplicada a la al menos una primera barra de refuerzo (12), en donde la estructura de hormigón (13) tiene una sección transversal sustancialmente en forma de U tal que rodee sustancialmente al menos tres lados del elemento flotante.
3. Método según la reivindicación 1 o 2, que además comprende la etapa de añadir fibras de refuerzo hechas de basalto, plástico, polímeros, vidrio, carbono, aramida o cualquier combinación de los mismos en el hormigón.
4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la etapa de colocar al menos un elemento flotante en el hormigón comprende colocar el al menos un elemento flotante en el molde adyacente a la al menos una barra de refuerzo (12) antes de verter el hormigón.
5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que además comprende la etapa de colocar al menos un elemento flotante en el hormigón después de que el hormigón se haya curado.
6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende la etapa de colocar al menos una segunda barra de refuerzo pretensada que comprende basalto sustancialmente perpendicular a la al menos una primera barra de refuerzo (12) pretensada.
7. Estructura flotante de hormigón (13) presolicitado que comprende:
- al menos un elemento flotante rodeado por la estructura de hormigón (13); y
- al menos una primera barra de refuerzo (12) pretensada incrustada en la estructura de hormigón (13) sustancialmente a lo largo de una extensión longitudinal de la misma, y
- la al menos una barra de refuerzo (12) comprende basalto y está pretensada antes de que el hormigón se cure, caracterizada por que la estructura de hormigón (13) tiene una sección transversal sustancialmente en forma de U de manera que rodee sustancialmente al menos tres lados del elemento flotante.
8. Estructura flotante de hormigón (13) presolicitado según la reivindicación 6, en donde el hormigón comprende fibras de refuerzo fabricadas de material no magnético.
9. Estructura flotante de hormigón (13) presolicitado según la reivindicación 7, en donde el material no magnético comprende fibras de basalto, plástico, polímeros, vidrio, carbono, aramida o cualquier combinación de los mismos.
10. Estructura flotante de hormigón (13) presolicitado según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, que además comprende al menos una segunda barra de refuerzo presolicitada que comprende basalto posicionado sustancialmente perpendicular a la primera barra de refuerzo (12) presolicitada.
11. Estructura flotante de hormigón (13) presolicitado según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en donde el elemento flotante tiene una sección transversal sustancialmente rectangular.
12. Estructura flotante de hormigón (13) presolicitado según la reivindicación 10, que comprende una pluralidad de barras de refuerzo (12) pretensadas que comprenden basalto incrustado en al menos una región de esquina (16, 17) de la sección transversal en forma de U de la estructura de hormigón (13).
13. Un pontón (10) que comprende al menos una estructura flotante de hormigón (13) presolicitado según se define en cualquiera de las reivindicaciones 7-12.
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