ES2942845T3 - Elemento de armadura para la fabricación de componentes de hormigón pretensados, componente de hormigón y procedimiento de fabricación - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un elemento de refuerzo (10) para producir componentes de hormigón pretensado, un componente de hormigón y métodos de producción correspondientes. El elemento de refuerzo (10) comprende una pluralidad de fibras (12) y una pluralidad de elementos de sujeción (14) que están conectados entre sí por las fibras (12) para que las fibras (12) puedan ser solicitadas en su dirección longitudinal (T) por medio de los elementos de sujeción (14). Las fibras (12) están fijadas a los elementos de sujeción (14) de tal manera que las fibras (12) en estado tensionado conducen en gran parte linealmente a los elementos de sujeción (14). Esto permite tanto un alto grado de tensión previa como una producción eficiente, fiable y, por lo tanto, rentable de los componentes de hormigón. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Elemento de armadura para la fabricación de componentes de hormigón pretensados, componente de hormigón y procedimiento de fabricación
La presente invención se refiere a un elemento de armadura para la fabricación de componentes de hormigón pretensados. Además, la invención se refiere a un componente de hormigón pretensado y a procedimientos de fabricación para el elemento de armadura y el componente de hormigón pretensado.
Las placas de hormigón pretensadas se conocen del estado de la técnica. Por ejemplo, el documento US2002/0059768A1 divulga un procedimiento para fabricar una placa de hormigón pretensada por medio de cables de alambre tensados. Para generar la tensión, los cables de alambre se enrollan alrededor de pernos opuestos y se someten a tracción bajo la separación de los pernos. De esta manera, resulta un pretensado de aproximadamente 70% de la tensión de rotura de los cables de alambre.
Otro elemento de armadura se conoce de los documentos US2010/132282A1 y US2007/175583A1.
El objetivo de la presente invención consiste en proporcionar un elemento de armadura mejorado para la fabricación de componentes de hormigón pretensados, a un componente de hormigón mejorado y a procedimientos de fabricación mejorados para el elemento de armadura y el componente de hormigón pretensado.
Este objetivo se consigue mediante un elemento de armadura con las características de la reivindicación 1, así como un componente de hormigón y un procedimiento de fabricación según las reivindicaciones correspondientes.
Otras realizaciones según la invención se indican en las reivindicaciones adicionales.
Además, la presente invención se refiere a un elemento de armadura para la fabricación de componentes de hormigón pretensados, con una multiplicidad de fibras y varios elementos de sujeción que están unidos entre sí por las fibras, de manera que las fibras pueden tensarse en su dirección longitudinal por medio de los elementos de sujeción. Las fibras que tienen un área de sección transversal neta inferior a 5 mm2 y están recubiertas con un material granular, en particular con arena, y forman una capa sustancialmente plana en los elementos de sujeción (14), están fijadas a los elementos de sujeción mediante laminación o mediante laminación y apriete de tal manera que, en su estado tensado, las fibras desembocan en los elementos de sujeción sustancialmente en línea recta. De este modo se consigue tanto un elevado pretensado como una fabricación eficiente, fiable y, por tanto, económica de los componentes de hormigón.
El término "fibra" incluye tanto un único o varios elementos de armadura alargados y flexibles para componentes de hormigón, por ejemplo un único filamento, también llamado filamento individual o monofilamento, o un haz de filamentos, también llamado multifilamento, hilado multifilamento, hilado o, en el caso de filamentos estirados, roving. En particular, el término fibra también incluye un alambre único o varios alambres. Además, las fibras también pueden estar recubiertas individualmente o juntas y/o el haz de fibras puede estar retorcido o trenzado.
El área de sección transversal neta de las fibras (es decir, sin impregnación de resina) es inferior a aprox. 5 mm2 y, en particular, se sitúa en un intervalo de entre aprox. 0,1 mm2 y 1 mm2. En un ejemplo, la capacidad de alargamiento por tracción elástica de las fibras es superior a 1% aproximadamente. En otro ejemplo, la resistencia a la tracción de las fibras en relación con su área de sección transversal neta es superior a aprox. 1000 N/mm2, en particular superior a aprox. 1800 N/mm2.
En la fabricación de un componente de hormigón pretensado, por ejemplo, los elementos de armadura según la invención se colocan primero en un molde de colada y entonces se tensan las fibras por medio de la separación los elementos de sujeción correspondientes. A continuación, se cuela el componente de hormigón quedando incorporados en el hormigón las partes de las fibras que están situadas en el interior del molde. Una vez endurecido el hormigón, se suelta la tensión aplicada previamente en las fibras, manteniéndose la tensión en las partes de las fibras que están incorporadas en hormigón, ya que las partes de las fibras, incorporadas en el hormigón, están unidas por unión forzada al hormigón y prácticamente no hay desplazamiento relativo entre estas partes de las fibras y el hormigón. La unión forzada se basa, entre otras cosas, en el acuñamiento de las fibras en su revestimiento de hormigón (efecto Hoyer). Las partes libres de tensión de las fibras que sobresalen del componente de hormigón pueden separarse y eliminarse junto con los elementos de sujeción. En el caso del componente de hormigón pretensado, el pretensado se genera por la tensión de las fibras incorporadas en el hormigón.
La unión entre las fibras y el hormigón puede reforzarse con diversos medios, por ejemplo, aumentando la rugosidad superficial de las fibras. En un ejemplo, dicha unión está configurada de tal manera que la plena fuerza de tracción de dimensionamiento puede ser transmitida a través de la unión mecánica de cizallamiento después de 200 mm, en particular después de 100 mm, más en particular después de 70 mm, de la longitud de incorporación (es decir, la longitud incorporada en hormigón de las fibras).
Las fibras del elemento de armadura según la invención pueden estar hechas de una multiplicidad de materiales
diferentes, en particular de un material no corrosivo y además en particular de un material resistente a los álcalis. Por ejemplo, dicho material es un polímero como el carbono, pero también el vidrio, el acero o la fibra natural.
Por ejemplo, las fibras están hechas de carbono. Las fibras de carbono tienen la ventaja de que son muy duraderas, es decir, que incluso con el paso de las décadas no pueden detectarse pérdidas significativas de resistencia. Además, las fibras de carbono son resistentes a la corrosión, en concreto, no se corroen en la superficie de los componentes de hormigón, y son prácticamente invisibles. Por lo tanto, frecuentemente, las fibras de carbono pueden dejarse en la superficie de los componentes de hormigón. Pero también pueden eliminarse con facilidad, por ejemplo, rompiéndolos o mediante un simple rascado.
La fijación de las fibras "dentro de" los elementos de sujeción incluye una gran variedad de posibilidades de fijación, en particular también la fijación de las fibras "en" o "sobre" los elementos de sujeción, por ejemplo una aplicación por laminación de las fibras sin recubrimiento adicional.
Sorprendentemente, con la solución según la invención se consigue tanto un elevado pretensado de los componentes de hormigón como una manipulación eficaz, fiable y sencilla de los elementos de armadura. Esto significa que los componentes de hormigón pueden fabricarse de forma especialmente económica. En particular, se consigue lo siguiente:
Por la desembocadura de las fibras sustancialmente en línea recta en los elementos de sujeción con respecto a su dirección longitudinal, es decir, la continuación uniforme de las fibras, se evitan en gran medida tensiones transversales en las fibras. Este tipo de tensiones transversales provocan frecuentemente roturas de fibras y se producen, por ejemplo, en plegaduras, atascos o radios de curvatura cerrados, es decir, típicamente en almas de desviación, rodillos de desviación o pernos guía. Gracias a la fijación de las fibras según la invención con la buena introducción de las fuerzas actuantes en el elemento de sujeción, se puede conseguir una elevada fuerza de tracción y, por tanto, un elevado pretensado de los componentes de hormigón sin aumentar el riesgo de rotura. Esto es especialmente ventajoso en el caso de fibras de carbono, especialmente fibras de carbono impregnadas, ya que son particularmente susceptibles a la rotura con respecto a las tensiones transversales.
En un ejemplo, las fibras, en particular las fibras de carbono, pueden tensarse a una tensión de aprox. 50% a aprox.
95% de la tensión de rotura de las fibras. En otro ejemplo, las fibras pueden tensarse con al menos 80%, y en particular al menos 90%, de la tensión de rotura de las fibras. De esta manera se consigue una fabricación económica de componentes de hormigón muy estables, grandes y delgados. Un pretensado elevado del componente de hormigón es especialmente ventajoso en el caso de fibras de carbono, ya que las fibras de carbono tienen un comportamiento de expansión diferente al del hormigón.
Gracias a los elementos de armadura según la invención, se pueden fabricar componentes de hormigón grandes y delgados que prácticamente no se doblan bajo carga. En un ejemplo, el grosor del componente de hormigón que ha de ser fabricado oscila entre aprox. 10 mm y 60 mm, en particular entre aprox. 15 mm y 40 mm. En otro ejemplo, la extensión de la superficie del elemento de hormigón es de al menos aprox. 10 m x 5 m, en particular de al menos aprox. 10 m x 10 m, en particular de al menos aprox. 15 m x 15 m. En otro ejemplo, la longitud del elemento de hormigón es de al menos aprox. 6 m, en particular de al menos aprox. 12 m.
Además, los elementos de armadura pueden fabricarse en una primera ubicación como productos intermedios, dado el caso, embalarse en contenedores de transporte correspondientes, y transportarse a otra ubicación para la fabricación de los componentes de hormigón. En la otra ubicación, por ejemplo en una planta de fabricación de hormigón, los elementos de armadura suministrados están disponibles entonces directamente como componentes prefabricados.
Además, mediante la unión según la invención de las fibras a los elementos de sujeción se consigue una unidad robusta y que ocupa poco espacio, y por lo tanto una unidad que puede ser transportada fácilmente.
En una realización de la presente invención, las fibras son fibras individuales y/o comprenden uno o varios rovings, en particular rovings de carbono. De esta manera, se consigue la fabricación de componentes de hormigón especialmente estables y ligeros. Por fibras individuales se entienden fibras individuales que no están directamente unidas. Esto contrasta con una disposición de fibra continua, en la que las partes recíprocas de la disposición de fibras, que discurren de un lado a otro, están unidas por bucles.
Por el término "roving" se entiende un haz de filamentos estirados. Un roving de este tipo, también llamado hilado estirado, comprende típicamente varios miles de filamentos, en particular de aprox. 2.000 a aprox. 16.000 filamentos. Mediante el roving, las fuerzas de tracción que actúan sobre las fibras se distribuyen de manera muy uniforme entre una multiplicidad de filamentos, de modo que se evitan en gran medida los picos de carga locales.
Además, los filamentos del roving tienen un diámetro de fibra pequeño, de modo que se consigue una relación superficie / diámetro correspondientemente grande y, por tanto, una buena unión entre el hormigón y los filamentos. Además, se consiguen una buena transmisión de cizallamiento y una buena distribución de la carga de tracción en el
hormigón.
En un ejemplo, las fibras están fabricadas a partir de una disposición de roving múltiples que comprenden de 2 a 10, en particular de 2 a 5, rovings individuales. Por tanto, estas fibras tienen entre aprox. 4.000 y aprox. 160.000 filamentos.
En una realización de la presente invención, los elementos de sujeción comprenden elementos de guía para las fibras, en particular un dispositivo de apriete y/o un soporte para laminar las fibras en la zona final, en particular una matriz polimérica reforzada con fibras, más en particular una matriz de poliéster. Mediante estos elementos de guía se consigue una buena transmisión de fuerza. Además, mediante la laminación se consigue una unidad especialmente compacta y robusta. Los elementos de sujeción también pueden estar configurados como cinta adhesiva de doble cara.
Según la presente invención, las fibras en los elementos de sujeción forman una capa sustancialmente plana, y en una realización están dispuestas en particular de forma sustancialmente paralela y/o a distancias sustancialmente uniformes entre sí.
De esta manera, el elemento de armadura tiene forma de una banda o un arpa. Esta forma es fácil de apilar o enrollar, dado el caso, usando hojas intermedias para mantener separadas las respectivas fibras. De esta manera, los elementos de armadura pueden transportarse bien.
Un elemento de armadura de este tipo en forma de arpa tiene la ventaja frente una rejilla de que no se producen nudos y por lo tanto se pueden alcanzar cargas de tracción muy elevadas. Además, se suprimen pasos de fabricación complicados, como la tejedura o el trenzado, y existe una gran flexibilidad en cuanto a la anchura de las bandas, ya que no se necesitan máquinas para la fabricación de una rejilla. Por tanto, los llamados "productos sin fin" pueden fabricarse de manera sencilla tanto en longitud como en anchura.
En una realización de la presente invención, el elemento de armadura presenta espaciadores adicionales que unen las fibras entre sí, por ejemplo en forma de hilos transversales y/o un tejido, de manera que existe una distancia entre las fibras individuales incluso cuando el elemento de armadura no está tensado o está solo parcialmente tensado. De esta manera, se evita en gran medida o por completo el enredo de las fibras no tensadas. Estos espaciadores sirven por tanto como ayuda de montaje y/o ayuda de transporte. En el estado incorporado en hormigón, los distanciadores no soportan prácticamente ninguna carga de tracción.
En una realización de la presente invención, la distancia de armadura es de aproximadamente 5 mm a aprox. 40 mm, en particular de aprox. 8 mm a aprox. 25 mm, y/o al menos 10, más particularmente al menos 40, fibras están fijadas respectivamente en los elementos de sujeción. Por ejemplo, la distancia de armadura, es decir, la distancia entre dos fibras adyacentes, es inferior o igual a dos veces el grosor del componente de hormigón.
En una realización de la presente invención, las fibras están impregnadas con un polímero resistente a los álcalis, en particular con una resina, más en particular con una resina de éster vinílico. De esta manera, se consigue una mayor resistencia a la tracción de las fibras.
Según la presente invención, las fibras están recubiertas con un material granular, en particular con arena. De esta manera, se consigue una mejora de la unión entre las fibras y el hormigón y, por tanto, una mayor resistencia del pretensado en el componente de hormigón.
Según la presente invención, las fibras están fijadas a los elementos de sujeción de tal manera que las fibras continúan dentro de los elementos de sujeción en una línea en gran parte recta en el estado tensado, en particular a lo largo de una distancia de al menos aprox. 5 mm, más en particular de al menos aprox. 10 mm. De esta manera, se consigue una buena transmisión de fuerza entre las fibras y los elementos de sujeción.
En una realización de la presente invención, los elementos de sujeción presentan un medio para distribuir la fuerza, en particular una curvatura y/o un perfilado, que se extiende en particular transversalmente a la dirección de las fibras. De esta manera se consigue una buena distribución de las fuerzas actuantes y, por tanto, una elevada tensión de tracción y/o una baja carga de las fibras durante el tensado. Además, de esta manera se consigue acortar la longitud de unión, es decir, acortar la longitud necesaria para una fijación fiable de las fibras a los elementos de sujeción.
En un ejemplo, la curvatura del elemento de sujeción está configurada de tal manera que las fibras que discurren de forma curvada definen respectivamente planos dispuestos respectivamente en gran parte paralelamente, en particular perpendicularmente a la posición de las fibras. En el caso de una disposición de las fibras en posición horizontal, por ejemplo, sus extremos de fibra están curvados verticalmente hacia abajo o hacia arriba.
En particular, mediante el perfilado se consigue una buena unión forzada entre el elemento de sujeción y el dispositivo de tensado. De este modo, se puede reducir la presión sobre el elemento de sujeción y/o sobre las fibras. En un ejemplo, el perfilado está dispuesto en al menos una de las superficies del elemento de sujeción que están previstas para la fijación del elemento de sujeción en un dispositivo de tensado. En otro ejemplo, el perfilado es ondulado o
dentado, en particular en forma de dientes de sierra.
En una realización del elemento de armadura según la invención, su anchura es superior a 0,4 m, en particular superior a 0,8 m, y/o su longitud es superior a 4 m, en particular superior a 12 m. De este modo, se consigue una fabricación eficiente de componentes de hormigón de gran tamaño. Por ejemplo, se puede fabricar una placa de hormigón de 20 m x 20 m en un ciclo de trabajo.
Además, la presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de un elemento de armadura para componentes de hormigón pretensados, comprendiendo el procedimiento los pasos de:
- proporcionar fibras tensadas mediante el estiramiento conjunto de una multiplicidad de fibras situadas a una distancia entre sí; teniendo las fibras (12) un área de sección transversal neta inferior a 5 mm2y estando recubiertas con un material granular, en particular con arena; y
- fijar un elemento de sujeción a las fibras tensadas, en particular por apriete y/o laminación, con el fin de fijar las fibras en su disposición mutua, en particular en con respecto a su distancia y/u orientación, formando las fibras (12) una capa sustancialmente plana en el elemento de sujeción (14).
De esta manera se consigue un procesamiento en gran medida paralelo de las fibras y, por tanto, una fabricación muy eficiente del elemento de armadura y una disposición ventajosa de las fibras, en particular también con respecto al uso posterior del elemento de armadura, en concreto, para tensar las fibras antes y durante su incorporación en hormigón.
En un ejemplo, el elemento de sujeción se secciona después de unirse a las fibras, en particular centralmente, de modo que las dos piezas parciales producidas a su vez forman dos elementos de sujeción para dos elementos de armadura producidos sucesivamente. La primera pieza parcial forma el final de un primer elemento de armadura y la segunda pieza parcial forma el comienzo del elemento de armadura siguiente.
En otro ejemplo, el elemento de sujeción está configurado como elemento de sujeción doble, encontrándose una zona intermedia abierta entre las dos partes del elemento de sujeción doble en la que están expuestas las fibras. El seccionamiento mencionada del elemento de sujeción puede realizarse simplemente separando las fibras en esta zona intermedia, por ejemplo, rompiéndolas. De este modo, se consigue una separación eficaz durante la fabricación, especialmente durante la fabricación en serie, de los elementos de armadura.
En una realización del procedimiento de fabricación del elemento de armadura según la invención, la fijación del elemento de sujeción se lleva a cabo durante el estiramiento conjunto de las fibras, en particular moviendo el elemento de sujeción en sincronismo con el movimiento de las fibras. De esta manera, se consigue una fabricación muy eficiente, especialmente en la fabricación en serie de los elementos de armadura.
En una realización del procedimiento de fabricación del elemento de armadura según la invención, la fijación del elemento de sujeción se realiza fijando una parte superior y una parte inferior del elemento de sujeción desde lados opuestos de las fibras, en particular juntando esteras de fibra de vidrio.
En otra realización del procedimiento de fabricación del elemento de armadura según la invención, la disposición de las fibras se realiza disponiendo las fibras sobre una primera parte del elemento de sujeción y fijando las fibras añadiendo una segunda parte del elemento de sujeción y comprimiendo estas dos partes entre sí. De esta manera, las fibras quedan estrechamente encerradas por los elementos de sujeción, de modo que se consigue una fijación especialmente fuerte y robusta.
Además, la presente invención se refiere a un componente de hormigón pretensado, en particular una placa de hormigón, que ha sido fabricado usando al menos un elemento de armadura según la invención, en el que el pretensado del componente de hormigón es de al menos 50%, en particular al menos 80%, más en particular al menos 90%, de la tensión de rotura de las fibras.
Además, la presente invención se refiere a un componente de hormigón, en particular una placa de hormigón, que comprende una multiplicidad de fibras tensadas en su dirección longitudinal. Las fibras tienen un área de sección transversal neta inferior a 5 mm2, están recubiertas con un material granular, en particular con arena, y forman al menos una capa sustancialmente plana, siendo el pretensado del componente de hormigón de al menos 50%, en particular al menos 80%, y más en particular al menos 90%, de la tensión de rotura de las fibras.
En un ejemplo, este componente de hormigón se fabrica usando una multiplicidad de elementos de armadura según la invención, en particular dispuestos por grupos. Mediante la disposición por grupos se consigue una adaptación mejorada a las condiciones del componente de hormigón. La agrupación puede lograrse mediante una o varias distancias horizontales y/o verticales o mediante una disposición angular, en particular en ángulo recto.
En un ejemplo, el pretensado de las fibras se realiza mediante un tensado por secciones, en particular individualmente
para cada uno de los elementos de armadura utilizados. De esta manera, el pretensado puede ajustarse de manera flexible a los requisitos específicos.
En un ejemplo, la distancia de armadura, es decir, la distancia entre dos fibras adyacentes, es inferior o igual a dos veces el grosor del componente de hormigón, en particular inferior o igual al doble grosor de placa.
Además, la presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de un componente de hormigón pretensado, el procedimiento comprende los pasos de:
- proporcionar al menos un elemento de armadura según la invención;
- tensar las fibras del elemento de armadura mediante la separación de los elementos de sujeción correspondientes; y
- hormigonar el componente de hormigón incorporando en el hormigón al menos en parte las fibras tensadas.
De este modo, se consiguen unos trabajos de preparación muy eficientes y fáciles de manejar y, por tanto, una fabricación económica del componente de hormigón. En particular, se suprimen los trabajos de colocación costosos y complicados de fibras individuales, en particular los trabajos de trenzado de filigrana. Por lo tanto, el procedimiento según la invención resulta muy adecuado para los procesos de fabricación en una planta de fabricación de componentes de hormigón.
El procedimiento según la invención es especialmente adecuado para la fabricación de grandes componentes de hormigón pretensados, por ejemplo para placas de hormigón de aprox. 20 m de anchura y aprox. 20 m de longitud. En un paso de trabajo siguiente, estos grandes componentes de hormigón pretensados pueden dividirse en componentes de hormigón pretensados más pequeños, ya que el pretensado de los componentes de hormigón siempre se mantendrá durante la división. A continuación, los componentes de hormigón más pequeños pueden cortarse a medida individualmente, por ejemplo, mediante aserrado, fresado CNC o corte por chorro de agua, para fabricar, por ejemplo, losas de pavimento con formas especiales, peldaños de escaleras o tableros para mesas de ping-pong. Tal subdivisión puede lograrse, como se describe con más detalle a continuación, usando elementos separadores, en particular una espuma.
En otra realización del procedimiento según la invención para la fabricación del componente de hormigón pretensado, el al menos un elemento de armadura se proporciona disponiendo varios de los elementos de armadura en una capa, en particular colocándolos sustancialmente de forma paralela y/o adyacente entre sí. De este modo, se consigue una preparación eficaz de grandes superficies.
En otra realización del procedimiento según la invención para la fabricación del componente de hormigón pretensado, el al menos un elemento de armadura se proporciona disponiendo los elementos de armadura en al menos dos capas, realizándose la orientación de los elementos de armadura en capas adyacentes en un ángulo, en particular sustancialmente en ángulo recto. De este modo se consigue una configuración eficaz y flexible de una armadura compleja. Por ejemplo, el al menos un elemento de armadura se proporciona superponiendo varios de los elementos de armadura.
En otra realización del procedimiento según la invención para la fabricación del componente de hormigón pretensado, este comprende adicionalmente el paso de introducir un elemento separador, en particular una espuma, antes de hormigonar el componente de hormigón. De este modo, se consigue una subdivisión efectiva del componente de hormigón. En particular, una espuma ofrece una subdivisión muy flexible, fácil de aplicare y económica. Como función adicional, la espuma proporciona un medio auxiliar para el posicionamiento de las fibras y/o una fijación de las fibras durante el hormigonado. Como elemento separador también puede usarse un material sólido, por ejemplo, caucho o poliestireno.
En otra realización, el procedimiento anterior para la fabricación del componente de hormigón pretensado comprende adicionalmente el paso de separar el componente de hormigón después del hormigonado, en particular mediante rotura y/o aserrado. Dado que la espuma no contribuye significativamente a la solidez, las subdivisiones individuales del componente de hormigón prácticamente solo se mantienen unidas por las fibras. De esta manera, los componentes del hormigón pueden ser separados fácilmente, en particular, por simple rotura. De esta manera, se consigue de manera cómoda y muy eficiente una división en partes fácilmente manejables. Por ejemplo, estas partes pueden ser distribuidas desde una planta de fabricación de componentes de hormigón a otros centros de trabajo donde se les puede dar su forma definitiva.
Se señala expresamente que cualquier combinación de los ejemplos y formas de realización o combinaciones de combinaciones, mencionados anteriormente, pueden ser objeto de una combinación adicional. Solo se excluyen aquellas combinaciones que darían lugar a una contradicción o quedan fuera del alcance de protección de las reivindicaciones.
Otros ejemplos de realización de la presente invención se explican con más detalle a continuación con la ayuda de las figuras. Muestran:
la figura 1 una representación esquemática simplificada de un ejemplo de realización del elemento de armadura 10 según la invención con fibras de carbono 12, que pueden tensarse por medio de dos soportes 14; la figura 2 una vista detallada esquemática simplificada de un soporte 14 según la figura 1;
la figura 3 una representación esquemática simplificada de un estado intermedio durante la fabricación de una placa de hormigón 20 pretensada por medio de una multiplicidad de elementos de armadura 10 según la figura 1;
la figura 4 un alzado lateral esquemático simplificada del soporte 14 según la figura 2;
la figura 5 una representación esquemática simplificada según la figura 3, pero adicionalmente con una espuma de construcción 40 para subdividir la placa de hormigón 20 y fijar las fibras de carbono 12; y la figura 6 un alzado lateral esquemático simplificado del soporte 14 según la figura 2, presentando este sin embargo una curvatura.
Las siguientes realizaciones son ejemplos y no pretenden limitar la invención en modo alguno.
La figura 1 muestra una representación esquemática simplificada de un ejemplo de realización del elemento de armadura 10 según la invención en estado estirado. Un elemento de armadura 10 de este tipo sirve para la fabricación de componentes de hormigón pretensados.
El elemento de armadura 10 comprende diez fibras individuales, que en este ejemplo están formadas como fibras de carbono 12 (solo parcialmente designadas), y dos elementos de sujeción en forma de dos soportes 14. Los soportes 14 están dispuestos a una distancia entre sí y están unidas entre sí por las diez fibras de carbono 12. Las fibras de carbono 12 pueden tensarse separando los soportes 14 en su dirección longitudinal T.
Preferiblemente, las fibras de carbono 12 están fijadas en los soportes 14 de tal manera que las fibras de carbono estiradas 12 desembocan en línea recta en los soportes 14. Además, las fibras de carbono 12 forman una capa sustancialmente plana en la que las fibras de carbono 12 están dispuestas de forma sustancialmente paralela y están situadas a una distancia sustancialmente uniforme entre sí. De este modo, el elemento de armadura 10 tiene la forma de un arpa. En este ejemplo, la distancia de armadura, es decir, la distancia entre las fibras de carbono 12 dispuestas paralelamente, es de aprox. 10 mm y, por tanto, la anchura del elemento de armadura 10 es de aprox. 10 cm.
Cada una de las fibras de carbono 12 comprende respectivamente un roving de carbono, es decir, un haz de varios miles de filamentos alargados (de aprox. 2.000 a aprox. 16.000 filamentos) dispuestos unos al lado de otros y orientados sustancialmente de la misma manera. Estos filamentos, y por tanto también las fibras de carbono 12, están impregnados de una resina resistente a los álcalis en forma de resina de éster vinílico, de modo que las fibras de carbono 12 forman una unidad compacta, similar a un alambre metálico. La impregnación puede realizarse, por ejemplo, por medio de un baño de inmersión a través del cual se arrastra el roving para producir las fibras de carbono 12.
Además, las fibras de carbono 12 están recubiertas con arena para mejorar la unión entre las fibras y el hormigón. En este ejemplo, con una longitud de incorporación de 100 mm, toda la fuerza de tracción dimensionada puede transmitirse a través de la unión mecánica de cizallamiento.
Además, los soportes 14 presentan respectivamente dos aberturas 16 (representadas con líneas discontinuas) por medio de las cuales los soportes 14 pueden ser posicionadas sobre un dispositivo de tensado (no representado). Con el dispositivo de tensado, las fibras de carbono 12 pueden orientarse con precisión durante la fabricación de los componentes de hormigón, en particular sin ladeo horizontal y/o vertical. En otro ejemplo, el soporte 14 tiene un orificio o una multiplicidad de orificios, en particular más de dos orificios para el posicionamiento del soporte 14.
En un ejemplo, se usan materiales económicos para la fabricación del soporte 14. Una composición material ejemplar y la correspondiente fabricación del soporte 14 se describen con la ayuda de la figura 2. También pueden utilizarse otros materiales, ya que el soporte 14 no forma parte del componente de hormigón que ha de ser fabricado y, generalmente, se separa y se retira tras el hormigonado.
La figura 2 muestra una vista esquemática simplificada en detalle de un soporte 14 según la figura 1.
El soporte 14, también denominado parche, comprende una matriz polimérica reforzada con fibras en forma de una matriz de poliéster con fibras encerradas en la misma en forma de dos esteras de fibra de vidrio. Esta matriz de poliéster envuelve las fibras de carbono 12 estiradas en sus zonas finales. Por ejemplo, el tamaño de esta matriz de poliéster es de aprox. 10 cm x 10 cm y el grosor total es de aprox. 2 mm. En otro ejemplo, la extensión lineal de la matriz de poliéster en la dirección de las fibras de carbono 12 está comprendida entre aprox. 10 cm y aprox. 20 cm. Las esteras de fibra forman una capa inferior y una superior, estando dispuestas las fibras de carbono 12 estiradas entre estas capas y fijadas en estas mediante laminación con poliéster. Por consiguiente, la matriz de poliéster forma un elemento de guía rectilíneo para las fibras de carbono 12 (indicado con líneas discontinuas), por lo que las fibras de carbono 12 continúan en gran medida en línea recta dentro de la matriz de poliéster, es decir, dentro del soporte 14. Por medio del soporte 14, las fibras de carbono 12 están fijadas en su disposición mutua, en concreto, en una
posición plana, en gran medida paralelamente y a una distancia uniforme entre sí.
Los extremos de las fibras de carbono 12 sobresalen un poco de los soportes 14 en el lado de salida de los soportes 14. Pero las fibras 12 también pueden terminar en el soporte 14 o a ras de su superficie, por ejemplo si el soporte 14 se ha separado de una unidad mayor.
Por ejemplo, un soporte 14 de este tipo se fabrica mediante los siguientes pasos:
- proporcionar una multiplicidad de rovings de carbono adyacentes y situados a una distancia entre sí, mediante la retirada en gran medida simultánea de los rovings de carbono de un número correspondiente de rollos de almacenamiento;
- impregnar los rovings de carbono haciendo pasar los rovings de carbono por un baño de inmersión de resina de éster vinílico, de modo que los rovings de carbono formen fibras de carbono 12 compactas;
- estirar las fibras de carbono 12 conjuntamente, dado el caso, por medio de un soporte 14 previamente dispuesto, de tal forma que se tensen las fibras de carbono 12;
- aplicar dos esteras de fibra de vidrio impregnadas de poliéster en las fibras de carbono 12 tensadas, una desde abajo y la otra desde arriba;
- juntar las dos esteras de fibra de vidrio, dado el caso, añadiendo una cantidad adicional de poliéster, de modo que las esteras de fibra de vidrio impregnadas y el poliéster encierren las fibras de carbono 12 tensadas; y - dejar que el poliéster se endurezca de manera que las fibras de carbono 12 quedan fijadas por unión forzada en el soporte 14.
Por esta laminación, el soporte 14 forma una unidad compacta y robusta junto con las fibras de carbono 12.
La figura 3 muestra una representación esquemática simplificada de un estado intermedio en la fabricación de una placa de hormigón 20 pretensada, por ejemplo en una fábrica de piezas prefabricadas para placas de hormigón. El estado intermedio corresponde a una disposición posterior a la finalización de los trabajos preparatorios, pero anterior al hormigonado de la placa de hormigón 20.
La disposición comprende una mesa de hormigonado (no representada), un marco hueco 30 dispuesto sobre esta y una multiplicidad de elementos de armadura 10 idénticos según la invención (en parte solo indicados esquemáticamente). El marco hueco 30 forma, junto con la superficie de la mesa de hormigonado, un molde de colada para el hormigón, también llamado lecho de tensado.
Los elementos de armadura 10 presentan respectivamente una multiplicidad de fibras de carbono 12 (para mayor claridad, en parte están representadas solo las fibras exteriores) y dos soportes 14, y su estructura corresponde en gran medida a la de los elementos de armadura 10 según la figura 1. En este ejemplo, sin embargo, la longitud de las fibras de carbono 12 es de aprox. 20 m y la anchura de los soportes 14 es de aprox. 1 m. La distancia de armadura es la misma que en el ejemplo anterior, es decir, como en la figura 1, aproximadamente 10 mm, de modo que sobre los soportes 14 están fijadas respectivamente aprox. 100 fibras de carbono 12.
Al disponer los elementos de armadura 10, los soportes 14 son separados respectivamente de manera que las fibras de carbono 12 se encuentren en el estado estirado en el marco hueco 30. Durante ello, las fibras de carbono 12 son guiadas hacia fuera a través del marco hueco 30, de modo que los extremos de las fibras de carbono 12 y los soportes 14 se encuentren fuera del marco hueco 30, por ejemplo a una distancia de 30 cm del marco hueco 30. En el caso de un marco hueco de dos partes 30, los canales de paso también pueden formarse por espacios intermedios correspondientes entre la parte inferior y la parte superior del marco hueco 30. En este caso, el bastidor hueco 30 está formado por varios listones situados unos encima de otros, de modo que las fibras de carbono 12 puedan ser guiadas a través de los espacios intermedios entre los listones individuales. Los espacios intermedios pueden estar estanqueizados adicionalmente con goma esponjosa y/o pelos de cepillo. En un ejemplo, la altura de los listones situados unos encima de otros es de 3 mm, 12 mm y 3 mm.
En la disposición representada, la primera mitad de los elementos de armadura 10 se encuentra en una primera capa, paralelamente y de forma adyacente entre sí, y la segunda mitad de los elementos de armadura 10 se encuentra en una segunda capa, también paralelamente y de forma adyacente entre sí, pero en ángulo recto con respecto a los elementos de armadura 10 de la primera capa. De este modo, los elementos de armadura 10 están superpuestos en capas separadas y orientados en ángulo recto entre sí en las dos capas adyacentes. Por lo tanto, los elementos de armadura 10 forman tanto una armadura longitudinal como un refuerzo transversal, pero sin entrelazamiento individual de las fibras de carbono 12 individuales.
Después de disponer los elementos de armadura 10, los soportes 14 son separados, por ejemplo con un dispositivo tensor, también llamado dispositivo de pretensado, o manualmente con una llave dinamométrica (no representada). Por ejemplo, se genera una tensión de al menos aprox. 30 kN/m o de al menos aprox. 300 kN/m, en función de los requisitos de carga de la placa de hormigón (fuerza de dimensionamiento).
A continuación de la situación representada, puede verterse hormigón en el marco hueco 30 preparado de este modo,
para hormigonar la placa de hormigón 20 en un solo paso de trabajo. Durante ello, las partes de las fibras de carbono tensadas 12 que se encuentran en el marco hueco 30 son encerradas por el hormigón y, por tanto, incorporadas en el hormigón. Resulta especialmente adecuado el hormigón fino SCC (como mínimo C30/37 según la norma SIA SN505 262) que puede fluir fácilmente a través de los espacios intermedios entre las fibras de carbono 12. Pero el hormigón también puede introducirse en el marco hueco 30 mediante pulverización o a espátula y distribuirse uniformemente mediante vibración.
Una vez endurecido el hormigón, la placa de hormigón 20 puede extraerse del marco hueco 30. Las fibras de carbono 12 incorporadas en hormigón forman la armadura estática de la placa de hormigón 20. Las partes de las fibras de carbono 12 que sobresalen del hormigón se rompen en los bordes de la placa de hormigón 20 y se retiran junto con los soportes 14. En este ejemplo, la placa de hormigón fabricada es de aproximadamente 6 m x 2,5 m y el contenido de armadura de esta placa de hormigón 20 es superior a 20 mm2/mde anchura. En otro ejemplo, la placa de hormigón fabricada mide aprox. 7 m x aprox. 2,3 m.
La figura 4 muestra un alzado lateral esquemático simplificado de un soporte 14 según la figura 2. Las fibras de carbono 12 desembocan en línea recta en el soporte 14. Además, las fibras de carbono 12 continúan en línea recta en el interior del soporte 14, de modo que el soporte 14 forma una guía rectilínea para las fibras de carbono 12. En este ejemplo, la extensión lineal del soporte 14 en la dirección de las fibras de carbono 12 es de aproximadamente 3 cm.
El soporte 14 puede presentar adicionalmente un perfilado 16 (representado en líneas discontinuas). En este ejemplo, en una primera superficie (superior) y en la superficie (inferior) opuesta del soporte 14 está dispuesto un perfilado 16 en forma de dientes. Estas superficies están previstas para la fijación del soporte 14 en un dispositivo de sujeción (no representado), por ejemplo por apriete. Mediante el perfilado 16 dentado se consigue una unión forzada entre el soporte 14 y el dispositivo de tensado en forma de un dentado.
La figura 5 muestra una representación según la figura 3, pero en el caso de los elementos de armadura 10, se realiza adicionalmente una subdivisión espumando una espuma de construcción 40 (representada como línea ondulada) como elemento separador tanto en el fondo del molde hueco como por debajo y por encima de las fibras de carbono 12. Por esta subdivisión, el hormigón introducido no puede penetrar en el espacio rellenado por la subdivisión, o lo puede hacer solo en una cantidad despreciable. De este modo, solo se hormigonan los espacios parciales del marco hueco con las piezas de fibra en su interior. Además, la espuma de construcción 40 proporciona una fijación de las fibras durante el hormigonado.
Una vez endurecido el hormigón, la placa de hormigón 20 puede romperse a lo largo de las subdivisiones de la espuma de construcción formando placas en bruto individuales. A continuación, estas placas en bruto pueden seguir procesándose, por ejemplo, dándoles la forma deseada con una sierra circular.
En este ejemplo, la placa de hormigón fabricada mide aprox. 20 m x aprox. 20 m y su grosor es de aprox. 20 mm. Al separar la placa de hormigón 20 según la subdivisión con la espuma de construcción 40, se obtienen 24 placas más pequeñas con un tamaño de aprox. 5 m x aprox. 3 m. Estas placas más pequeñas pueden serrarse para formar, por ejemplo, 3 mesas de ping-pong respectivamente.
La figura 6 muestra un alzado lateral esquemático simplificado de un soporte 14 según la figura 2, presentando este soporte sin embargo un medio para la distribución de fuerzas en forma de una curvatura 18. Las fibras de carbono 12 desembocan en línea recta en el interior del soporte 14 y después discurren por el interior del soporte 14 también con una curvatura, correspondiendo a la curvatura 18 del soporte 14. En este caso, las fibras de carbono 12 están fijadas en la zona de entrada del soporte 14 de tal manera que las fibras de carbono 12 continúan en gran medida en línea recta hacia el interior del soporte 14 a lo largo de una distancia d de 10 mm. Mediante esta forma se consigue tanto una buena introducción de las fibras en el soporte 14 como una distribución uniforme de las fuerzas que han de ser absorbidas.
Claims (17)
1. Elemento de armadura (10) para la fabricación de elementos de hormigón (20) pretensados, con una multiplicidad de fibras (12) y varios elementos de sujeción (14) que están unidos entre sí por las fibras (12), de manera que las fibras (12) pueden tensarse en su dirección longitudinal (T) por medio de los elementos de sujeción (14), caracterizado porque las fibras (12) tienen un área de sección transversal neta inferior a 5 mm2 y están recubiertas con un material granular, en particular con arena, y forman una capa sustancialmente plana en los elementos de sujeción (14) y están fijadas a los elementos de sujeción (14) por laminación o por laminación y apriete de tal manera que, en su estado tensado, las fibras (12) desembocan en gran medida en línea recta en los elementos de sujeción (14).
2. Elemento de armadura (10) según la reivindicación 1, en el que las fibras (12) son fibras individuales y/o comprenden uno o varios rovings, en particular rovings de carbono.
3. Elemento de armadura (10) según la reivindicación 1 o 2, en el que los elementos de sujeción (14) presentan elementos de guía para las fibras (12), en particular un dispositivo de apriete y/o un soporte para laminar las fibras (12) en la zona final, en particular una matriz polimérica reforzada con fibras, más en particular una matriz de poliéster.
4. Elemento de armadura (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las fibras (12) están dispuestas en los elementos de sujeción (14) en gran parte paralelamente y/o a distancias en gran parte uniformes entre sí. 5. Elemento de armadura (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la distancia de armadura es de aprox.
5 mm a aprox. 40 mm, en particular de aprox. 8 mm a aprox. 25 mm, y/o en los elementos de sujeción (14) están fijadas al menos 10, en particular al menos 40, fibras (12).
6. Elemento de armadura (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que las fibras (12) están fijadas a los elementos de sujeción (14) de tal manera que, en su estado tensado, las fibras (12) continúan en gran medida en línea recta en los elementos de sujeción (14), en particular a lo largo de una distancia (d) de al menos aprox. 5 mm, más en particular de al menos aprox. 10 mm.
7. Elemento de armadura (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que los elementos de sujeción (14) presentan un medio para la distribución de fuerza, en particular una curvatura (18) y/o un perfilado (16), que se extiende en particular transversalmente a la dirección de las fibras (12).
8. Elemento de armadura (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que su anchura es superior a 0,4 m, en particular superior a 0,8 m, y/o su longitud es superior a 4 m, en particular superior a 12 m.
9. Procedimiento para la fabricación de un elemento de armadura para elementos de hormigón (20) pretensados, que comprende los pasos de:
- proporcionar fibras (12) tensadas mediante el estiramiento conjunto de una multiplicidad de fibras (12) situadas a una distancia entre sí; teniendo las fibras (12) un área de sección transversal neta inferior a 5 mm2 y estando recubiertas con un material granular, en particular con arena; y
- fijar un elemento de sujeción (14) a las fibras (12) tensadas por laminación o por apriete y laminación, con el fin de fijar las fibras (12) en su disposición mutua, en particular en con respecto a su distancia y/u orientación, formando las fibras (12) una capa sustancialmente plana en el elemento de sujeción (14).
10. Procedimiento para la fabricación de un elemento de armadura para elementos de hormigón (20) pretensados, que comprende los pasos de:
- recubrir las fibras con un material granular, en particular con arena;
proporcionar fibras (12) tensadas mediante el estiramiento conjunto de una multiplicidad de fibras (12) situadas a una distancia entre sí, teniendo las fibras (12) un área de sección transversal neta inferior a 5 mm2 ; y
- fijar un elemento de sujeción (14) a las fibras (12) tensadas por laminación o por apriete y laminación para fijar las fibras (12) en su disposición mutua, en particular con respecto a su distancia y/u orientación, formando las fibras (12) una capa sustancialmente plana en el elemento de sujeción (14).
11. Procedimiento según la reivindicación 9 o 10, en el que la fijación del elemento de sujeción (14) se realiza durante el estiramiento conjunto de las fibras (12), en particular moviendo el elemento de sujeción (14) en sincronismo con el movimiento de las fibras (12).
12. Componente de hormigón (20), en particular una placa de hormigón, con al menos un elemento de armadura (10)
según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el pretensado del componente de hormigón (20) es de al menos 50%, en particular al menos 80%, más en particular al menos 90%, de la tensión de rotura de las fibras (12).
13. Elemento de hormigón (20), en particular una placa de hormigón, que comprende una multiplicidad de fibras (12) tensadas en su dirección longitudinal (T), caracterizado porque las fibras (12) tienen un área de sección transversal neta inferior a 5 mm2 y están recubiertas con un material granular, en particular con arena, y forman al menos una capa sustancialmente plana, siendo el pretensado del elemento de hormigón (20) al menos de 50%, en particular al menos 80%, más en particular al menos 90%, de la tensión de rotura de las fibras (12).
14. Procedimiento para la fabricación de un elemento de hormigón (20) pretensado, que comprende los pasos de:
- proporcionar al menos un elemento de armadura (10) según una de las reivindicaciones 1 a 8;
- tensar las fibras (12) del elemento de armadura (10) separando los elementos de sujeción (14) correspondientes; y
- hormigonar el componente de hormigón (20) incorporando en hormigón al menos parcialmente las fibras tensadas (12).
15. Procedimiento de la reivindicación 14, en el que el al menos un elemento de armadura se proporciona disponiendo varios de los elementos de armadura (10) en una capa, en particular colocándolos sustancialmente de forma paralela y/o adyacente entre sí.
16. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que el al menos un elemento de armadura (10) se proporciona disponiendo los elementos de armadura (10) en al menos dos capas, realizándose la orientación de los elementos de armadura (10) en capas adyacentes en un ángulo, en particular sustancialmente en ángulo recto.
17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 14 a 16, que comprende adicionalmente el paso de: Introducir un elemento separador, en particular una espuma (40), antes de hormigonar el componente de hormigón (20).
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