MX2012013358A - Sistema de junta de expansion utilizando conexion de momento flexible y resortes de friccion. - Google Patents
Sistema de junta de expansion utilizando conexion de momento flexible y resortes de friccion.Info
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Abstract
Un sistema de junta de expansión para puentear un espacio que está ubicado entre miembros estructurales separados. El sistema de junta de expansión se puede utilizar, por ejemplo, en construcciones de calzadas, puentes y túneles donde se forman espacios entre secciones de concreto separadas, adyacentes. El sistema de junta de expansión incluye conexiones de momento flexible para conectar miembros de apoyo de carga vehicular (18) con el miembro de soporte (30) el sistema de junta de expansión incluye conexiones de momento flexible y en ciertas modalidades resortes de fricción.
Description
SISTEMA DE JUNTA DE EXPANSIÓN UTILIZANDO CONEXIÓN DE MOMENTO
FLEXIBLE Y RESORTES DE FRICCION
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere al campo de las juntas de expansión, y más particularmente, a un sistema de junta de expansión utilizando conexión de momento flexible y resortes de fricción.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Se divulga un sistema de junta de expansión para puentear un espacio que está ubicado entre miembros estructurales separados .
Se proporciona a propósito una abertura o espacio entre estructuras adyacentes de concreto para acomodar cambios dimensionales dentro del espacio que ocurren como expansión y contracción debido a los cambios de temperatura, acortamiento y plasticidad del concreto provocados por el presfuerzo, ciclos y vibración sísmicos, deflexiones provocadas por cargas vivas, y fuerzas longitudinales provocadas por el tráfico vehicular. Un sistema de junta de expansión se instala convencionalmente en el espacio para proporcionar un puente a través del espacio y para acomodar los movimientos en la vecindad del espacio.
Las construcciones de puente y calzada están especialmente sujetas al movimiento relativo en respuesta a la ocurrencia de cambios térmicos, eventos únicos, y cargas vehiculares. Esto genera problemas particulares, debido a que los movimientos que ocurren durante tales eventos no son predecibles ya sea con respecto a la magnitud de los movimientos o con respecto a la dirección de los movimientos. En muchos casos, los puentes sean vuelto inútiles por periodos importantes de tiempo, debido al hecho de que el tráfico no puede viajar a través de las juntas de expansión dañadas .
Los sistemas de junta de expansión modular típicamente emplean una pluralidad de miembros separados, de apoyo de carga o vigas centrales (centerbeams) que se extienden transversalmente con relación a la dirección del tráfico vehicular. Las superficies superiores de los miembros de apoyo de carga son contactadas por las llantas de los vehículos. Sellos elastoméricos se extienden entre los miembros de apoyo de carga adyacentes a las partes superiores de los miembros de apoyo de carga para llenar los espacios entre los miembros de apoyo de carga. Estos sellos son flexibles y por lo tanto se extienden y contraen en respuesta al movimiento de los miembros de apoyo de carga. Una pluralidad de miembros de soporte alargados se posicionan por debajo de los miembros transversales de apoyo de carga abarcando el espacio de expansión entre las secciones de calzada. Los miembros de soporte se extienden longitudinalmente con relación a la dirección del tráfico vehicular. Los miembros de soporte alargados soportan los miembros transversales de apoyo de carga. Los extremos opuestos de los miembros de soporte se reciben en un alojamiento incrustado en las secciones de la calzada.
En los sistemas de junta de expansión modular de una sola barra de soporte (SSB, Single Support Bar) , un solo miembro de soporte se conecta a todos los miembros transversales de apoyo de carga. La conexión del miembro de apoyo de carga al miembro de una sola barra de soporte consiste comúnmente de un yugo. La conexión de yugo del miembro de una sola barra de soporte a una pluralidad de miembros transversales de apoyo de carga proporciona una conexión deslizante o pivotante en los sistemas de junta de expansión modular de SSB.
En un sistema de junta de expansión modular de múltiples barras de soporte (MSB, Múltiple Support Bar) , cada miembro transversal de apoyo de carga vehicular (viga central) está rígidamente conectado a sólo miembro longitudinal de barra de soporte. El uso de conexiones de yugo entre los miembros transversales de apoyo de carga vehicular y los miembros longitudinales de barra de soporte hasta ahora no se ha divulgado o indicado para los sistemas de junta de expansión modular de MSB, ya que las conexiones de MSB son rígidas y no necesitan capacidad de deslizamiento o pivote.
En los sistemas de junta de expansión de múltiples barras de soporte (MSB) típicos que se utilizan en la industria, cada miembro longitudinal de barra de soporte está soldado a solamente un miembro transversal de apoyo de carga vehicular. Cada miembro transversal de apoyo de carga vehicular está rígidamente conectado a su propio miembro de soporte por medio de soldaduras de penetración completa. Mientras que la conexión de soldadura de penetración completa proporciona resistencia estructural considerable y rigidez que es necesaria en el entorno tosco de una junta de expansión, la soldadura presenta un inconveniente que es difícil de fabricar. La soldadura se debe probar de manera ultrasónica para pasar la especificación del trabajo y calificar para su uso. Las fallas de las soldaduras de penetración completa que se utilizan para conectar un miembro de apoyo de carga a su propio miembro de soporte en los sistemas de junta de expansión de MSB requieren esfuerzos sustanciales y costosos para reparar la soldadura. Con el fin de reparar la de manera adecuada, la soldadura debe ser cortada, puesta a tierra y soldada nuevamente con costo y tiempo de retardo significativos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Se proporciona un sistema de junta de expansión ubicado dentro de un espacio definido entre el primer y el segundo miembros estructurales adyacentes. Sin limitación, el sistema de junta de expansión que se divulga se puede utilizar en aplicaciones de movimiento pequeño tales como aquellas de 25.4 cm (10 pulgadas) o menos. Se debe apreciar, sin embargo, que el sistema de junta de expansión que se divulga se puede utilizar en una amplia variedad de aplicaciones de movimiento grande o pequeño.
De acuerdo con ciertas modalidades ilustrativas, el sistema de junta de expansión comprende al menos un miembro de apoyo de carga vehicular que se extiende transversalmente a la dirección del tráfico que cruza el espacio de la junta de expansión, al menos un miembro de soporte que está posicionado por debajo de dicho al menos un miembro de apoyo de carga que se extiende transversalmente y se extiende longitudinalmente a través del espacio de la junta de expansión, y una conexión de momento flexible que conecta cada miembro de apoyo de carga vehicular transversal a un sólo miembro longitudinal de barra de soporte.
De acuerdo con modalidades ilustrativas adicionales, el sistema de junta de expansión comprende al menos un miembro de apoyo de carga vehicular gue se extiende transversalmente a la dirección del tráfico gue cruza el espacio de la junta de expansión, al menos un miembro de soporte gue está posicionado por debajo de dicho al menos un miembro de apoyo de carga gue se extiende transversalmente y se extiende longitudinalmente a través del espacio de la junta de expansión, y al menos un resorte de fricción. La cooperación de los extremos longitudinales opuestos cónicos del miembro de barra de soporte que se extiende longitudinalmente con los apoyos constituyen con untamente los ensambles de resorte de fricción .
De acuerdo con todavía más modalidades ilustrativas, el sistema de junta de expansión comprende al menos un miembro de apoyo de carga vehicular que se extiende transversalmente a la dirección del tráfico gue cruza el espacio de la junta de expansión, al menos un miembro de soporte que está posicionado por debajo de dicho al menos un miembro de apoyo de carga gue se extiende transversalmente y se extiende longitudinalmente a través del espacio de la junta de expansión, al menos un resorte de fricción y una conexión de momento flexible que conecta cada miembro de apoyo de carga vehicular transversal a un solo miembro longitudinal de barra de soporte. La vibración adicional de amplitud pequeña producida por la conexión de momento flexible en respuesta al impacto vehicular fomenta el equilibrio de energía de deformación entre resortes de fricción opuestos, lo que lleva a equidistancia mejorada de espacio de sello. A su vez, la buena equidistancia de espacio de sello reduce el impacto vehicular que las vigas centrales. La sinergia entre la conexión de momento flexible y los resortes de fricción proporciona lo necesario para una modalidad efectiva del sistema.
De acuerdo con modalidades ilustrativas adicionales, el sistema de junta de expansión comprende al menos un miembro de apoyo de carga vehicular que se extiende transversalmente a la dirección del tráfico que cruza el espacio de la junta de expansión, una pluralidad de miembros de soporte que están posicionados por debajo de dicho al menos un miembro de apoyo de carga que se iba transversalmente y se extienden longitudinalmente a través del espacio de la junta de expansión, la pluralidad de miembros de soporte comprenden miembros de soporte exteriores y al menos un miembro de soporte interior posicionado entre los miembros de soporte exteriores, resortes de fricción y resortes sin fricción. Los extremos longitudinales opuestos cónicos de los miembros de barra de soporte exteriores cooperan con los apoyos para constituir resortes de fricción, mientras que los extremos opuestos de dichos uno o más miembros de barra de soporte interiores cooperan con resortes elastoméricos estándar.
De acuerdo con modalidades ilustrativas adicionales, el sistema de junta de expansión comprende al menos un miembro de apoyo de carga vehicular que se extiende transversalmente a la dirección del tráfico que cruza el espacio de la junta de expansión, al menos un miembro de soporte que está posicionado por debajo de dicho al menos un miembro de apoyo de carga que se extiende transversalmente y se extiende longitudinalmente a través del espacio de la junta de expansión, y ensambles de resorte de fricción. Los ensambles de resorte de fricción comprenden los extremos opuestos cónicos de los miembros de barra de soporte se extienden longitudinalmente en cooperación con apoyos que tienen diferentes índices de resorte. Los extremos cónicos opuestos de los miembros de barra de soporte están ubicados dentro de alojamientos incrustados dentro de miembros estructurales separados. Los apoyos están posicionados dentro de un espacio entre las superficies superiores de los extremos cónicos de los miembros de barra de soporte y la pared superior de los alojamientos. El primer extremo cónico opuesto del miembro de barra de soporte de coopera con un apoyo que tiene un primer índice de resorte y el segundo extremo cónico opuesto del miembro de barra de soporte coopera con un apoyo que tiene un segundo índice de resorte que es diferente del primer índice de resorte.
El sistema de junta de expansión comprende al menos un miembro de apoyo de carga vehicular que se extiende transversalmente que tiene superficies superiores que están opuestas al tráfico y superficies inferiores opuestas a las superficies superiores. El sistema de junta de expansión incluye al menos un miembro de soporte posicionado por debajo de dicho al menos un miembro de apoyo de carga que se extiende transversalmente y se extienden longitudinalmente a través de la junta de expansión de la primera estructura a la segunda estructura, y en donde dicho al menos un miembro de soporte comprende al menos una superficie angulada o cónica.
La conexión de momento flexible que conecta el miembro de apoyo de carga vehicular que se extiende transversalmente al miembro de soporte puede comprender un ensamble de yugo. De acuerdo con ciertas modalidades, el ensamble de yugo está en acoplamiento fijo con el miembro de apoyo de carga para conectar el miembro de apoyo de carga al miembro de soporte. El ensamble de yugo puede estar conectado integralmente al miembro de apoyo de carga vehicular. Alternativamente, el ensamble de yugo puede estar mecánicamente unido a dicho un miembro de apoyo de carga por medio de un sujetador mecánico o una soldadura adecuada. Sin limitación, y solamente a manera de ilustración, el ensamble de yugo puede comprender un yugo de sección transversal sustancialmente en forma de U.
El ensamble de yugo lleva un resorte que empuja elásticamente el miembro de soporte hacia el miembro de apoyo. El resorte está posicionado en la porción de silleta del yugo sustancialmente en forma de U y se acopla a la superficie inferior del miembro longitudinal de barra de soporte. Un miembro de asiento puede también estar posicionado entre el miembro de apoyo de carga y el miembro de soporte para servir como un asiento para el miembro de apoyo de carga. El miembro de asiento puede comprender un material elastomérico . Sin limitación, el material elastomérico se puede seleccionar de poliuretano, policloropreno, isopreno, caucho de estireno butadieno, caucho natural y combinaciones de estos materiales elastoméricos . De acuerdo con ciertas modalidades, el material elastomérico que se utiliza para fabricar el miembro de asiento comprende un material de uretano. En operación, el miembro de apoyo de carga se acopla elásticamente al miembro de soporte y el miembro de asiento permite una pequeña cantidad de movimiento del miembro de apoyo de carga para permitir el alineamiento de dicho miembro de apoyo de carga con relación a dicho miembro de soporte. La pequeña cantidad de flexibilidad elástica elimina sustancialmente el daño permanente (fluencia) que ocurre en juntas de conexión rígidas durante el envío, manipulación, e instalación.
La conexión de momento flexible puede estar colocada de manera fija en una superficie inferior de los miembros de apoyo de carga vehicular, aun así la conexión de momento flexible permite que el miembro de apoyo de carga se traslade y gire elásticamente con relación al miembro de soporte ayudando a absorber el impacto del vehículo. La respuesta vibratoria fomenta sellar el espacio igualando el movimiento en la llamada "zona de estancamiento" de los resortes de fricción. Además, mientras que el ensamble de yugo permite que el miembro de apoyo de carga se traslade y gire elásticamente con relación al miembro de soporte éste previene que el miembro de apoyo de carga se deslice a una posición completamente nueva.
Los extremos opuestos de los miembros de soporte que se extienden longitudinalmente están ubicados en alojamientos que están incrustados en miembros estructurales separados. Los alojamientos se proporcionan para acomodar el movimiento longitudinal y pivotante de los miembros de barra de soporte y para acomodar el ancho del espacio decreciente.
Sin limitación, el primer y segundo alojamientos para aceptar los extremos de los miembros de soporte alargados que se extienden longitudinalmente a través de dicho espacio pueden comprender un receptáculo en forma de caja. Se debe observar, sin embargo, que los alojamientos para aceptar los extremos de los miembros de barra de soporte pueden incluir cualquier estructura tal como, por ejemplo, receptáculos, cámaras, contenedores, recintos, canales, carriles, ranuras, surcos o pasos, que incluya una calidad adecuada para aceptar las porciones opuestas de extremo de los miembros de barra de soporte .
El sistema de junta de expansión puede también incluir sellos flexibles y compresibles que se extienden entre el miembro de apoyo de carga y los miembros de borde están acoplados con el primer y segundo miembros estructurales. De acuerdo con las modalidades del sistema de junta de expansión que emplean más de un miembro transversal de apoyo de carga vehicular, el sistema puede incluir sellos flexibles y compresibles que se extienden entre los miembros de apoyo de carga y entre los miembros de apoyo de carga y los miembros de borde del sistema. Sellos útiles incluyen, sin limitación, sellos de tira, sellos glandulares, y sellos de membrana.
Se proporciona una conexión de momento flexible, la conexión de momento flexible conecta un miembro de apoyo de carga a un miembro de soporte posicionado por debajo del miembro de apoyo de carga, dicha conexión de momento flexible comprende un ensamble de yugo en acoplamiento fijo con el miembro de apoyo de carga para conectar el miembro de apoyo de carga al miembro de soporte y medios de resorte llevados por el ensamble de yugo empujan elásticamente el miembro de soporte hacia el miembro de apoyo de carga, pero previniendo el deslizamiento.
De acuerdo con ciertas modalidades, un miembro de asiento está interpuesto entre el miembro de apoyo de carga y el miembro de soporte para servir como un asiento para el miembro de apoyo de carga, el miembro de asiento está formado de material elastomérico, el miembro de apoyo de carga se acopla flexiblemente al miembro de soporte por lo cual el miembro de asiento permite al miembro de apoyo de carga una pequeña cantidad de movimiento para permitir el alineamiento del miembro de apoyo de carga con relación al miembro de soporte.
Además se proporciona un sistema junta de expansión para una construcción de calzada en donde un espacio está definido entre la primera y segunda secciones adyacentes de calzada, dicho sistema de junta de expansión se extiende a través de dicho espacio para permitir el tráfico vehicular, dicho sistema de junta de expansión comprende miembros de apoyo de carga vehicular que se extienden transversalmente , separados, que tienen superficies superiores expuestas al tráfico y superficies inferiores opuestas a dichas superficies superiores, miembros de soporte alargados que tienen extremos opuestos posicionados por debajo de dichos miembros de apoyo de carga que se extiende transversalmente y se extienden longitudinalmente a través de la junta de expansión de la primera sección de calzada a la segunda sección de calzada, y al menos una conexión de momento flexible colocada de manera fija en una superficie inferior de uno de los miembros de apoyo de carga, la conexión de momento flexible conecta el miembro de apoyo de carga con solamente uno de los miembros de soporte para permitir que el miembro de apoyo de carga se traslade y gire elásticamente, pero no se deslice con relación al miembro de soporte.
En otra modalidad, se proporciona un sistema de junta de expansión para una construcción de calzada en donde un espacio está definido entre primera y segunda secciones adyacentes de calzada, el sistema de junta de expansión se extiende a través del espacio para permitir el tráfico vehicular, el sistema de junta de expansión comprende miembros de apoyo de carga que se extienden transversalmente, separados, que tienen superficies superiores expuestas al tráfico y superficies inferiores opuestas a las superficies superiores, miembros de soporte alargados que tienen extremos opuestos posicionados por debajo de los miembros de apoyo de carga que se extienden transversalmente y se extienden longitudinalmente a través de la junta de expansión desde la primera sección de calzada a la segunda sección de calzada; y al menos una conexión de momento flexible que conecta uno de los miembros de apoyo de carga con solamente uno de los miembros de soporte, la conexión de momento flexible comprende un ensamble de yugo en acoplamiento fijo con el miembro de apoyo de carga, y medios de resorte llevados por el ensamble de yugo empujan elásticamente el miembro de soporte hacia el miembro de apoyo de carga, en donde el ensamble de yugo permite que el miembro de apoyo de carga se traslade y gire elásticamente con relación al miembro de soporte pero no se deslice a una nueva posición.
Sin limitación, la conexión de momento flexible se puede utilizar en conjunto con un sistema de junta de expansión de múltiples barras de soporte en construcciones de calzada, construcciones de puente, construcciones de túnel, y otras construcciones donde se forman espacios entre secciones de concreto separadas, adyacentes. El sistema de junta de expansión que incluye una conexión de momento flexible se puede utilizar donde es deseable absorber cargas aplicadas a los sistemas de junta de expansión, y para acomodar movimientos que ocurren en la vecindad del espacio de la junta de expansión en respuesta a la aplicación de las cargas aplicadas al sistema de junta de expansión.
Las conexiones de momento flexible proporcionan una alternativa simple, confiable y económica en el diseño de conexiones que deben resistir momentos laterales inducidos por carga. Las conexiones de momento flexible han sido utilizadas en el diseño de estructuras de acero, pero su diseño y uso es marcadamente diferente que el propuesto para su uso con los sistemas de junta de expansión de MSB. Además de las diferencias de diseño y uso, el nivel de flexibilidad que se logra por el sistema de junta de expansión es de órdenes de magnitud mayor que en las conexiones de acero.
La conexión de momento flexible mantiene la posición de un miembro de soporte con relación a una superficie inferior de un miembro de viga de apoyo de carga. También, la conexión de momento flexible comprende un yugo fijo que no se desliza o se mueve con relación al miembro de apoyo de carga. Sin embargo, hay una ligera flexibilidad o elasticidad acumulada en la conexión de yugo fijo, lo que permite que el miembro de apoyo de carga se traslade y gire elásticamente con relación al miembro de soporte, pero no se deslice a una nueva posición. A diferencia de los sistemas de junta de expansión de una sola barra de soporte, el miembro soporte no se desliza a través de yugo. El ensamble de yugo de la conexión de momento flexible no permite el acoplamiento movible o deslizable del miembro de apoyo de carga y el miembro soporte. La conexión de momento flexible distribuye los momentos y esfuerzos de manera más uniforme en toda la conexión de tal forma que se logra una conexión fija pero elástica .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1A es una vista lateral de modalidad ilustrativa del sistema de junta de expansión en una posición completamente abierta con el espacio en su ancho más grande.
La Figura IB es una vista lateral de una modalidad ilustrativa del sistema de junta de expansión que se muestra en la Figura 1A en la posición media entre abertura completa y cierre completo.
La Figura 1C es una vista lateral de una modalidad ilustrativa del sistema de junta de expansión de la Figura 1A en una posición completamente cerrada con el espacio en su ancho más pequeño.
La Figura 2A es una vista lateral de otra modalidad ilustrativa del sistema de junta de expansión en una posición completamente abierta con el espacio en su ancho más grande.
La Figura 2B es una vista lateral de la modalidad ilustrativa del sistema de junta de expansión que se muestra en la Figura 2A en la posición media entre abertura completa y cierre completo.
La Figura 2C es una vista lateral de la modalidad ilustrativa del sistema de junta de expansión de la Figura 2A en una posición completamente cerrada con el espacio en su ancho más pequeño.
La Figura 3A es una vista lateral de una modalidad ilustrativa de la conexión de momento flexible conectada a un miembro de apoyo de carga vehicular.
La Figura 3B es una vista lateral de otra modalidad ilustrativa de la conexión de momento flexible conectada a un miembro de apoyo de carga vehicular.
La Figura 4 es un diagrama de cuerpo libre que representa las fuerzas ejercidas por los apoyos en contacto con los miembros longitudinales de barra de soporte del sistema de junta de expansión.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Las Figuras 1A-1C muestran una modalidad ilustrativa del sistema de junta de expansión 10 ubicado en un espacio 12 entre dos secciones separadas de calzada 14, 16. En la modalidad ilustrativa que se muestra en las Figuras 1A-1C, el sistema de junta de expansión 10 incluye un miembro de apoyo de carga vehicular 18 que se extiende transversalmente en el espacio 12 en relación a la dirección del flujo del tráfico vehicular a través del sistema de junta de expansión 10 y el espacio 12. Mientras que la modalidad ilustrativa que se muestra en las Figuras 1A-1C muestra un solo miembro de apoyo de carga que se extiende transversalmente 18, se debe observar que se puede utilizar cualquier número de tales miembros de apoyo de carga vehicular que se tienden transversalmente en el sistema de junta de expansión dependiendo del tamaño del espacio y el movimiento deseado por acomodar. Cuando se utilizan más de un miembro de apoyo de carga vehicular que se extiende transversalmente en el sistema de junta de expansión, la pluralidad de miembros de carga vehicular que se extienden transversalmente, los miembros de viga están generalmente posicionados en una relación lado a lado y se extienden transversalmente en la junta de expansión con relación a la dirección del recorrido del vehículo. La(s) superficie (s) superior (s) de los miembros de apoyo de carga vehicular 18 está (n) adaptada (s) para soportar las llantas de los vehículos mientras los vehículos pasan sobre la junta de expansión.
De acuerdo con ciertas modalidades, el miembro de apoyo de carga vehicular 18 tiene una sección transversal generalmente cuadrada o rectangular. Se debe observar, sin embargo, que el (los) miembro (s) de apoyo de carga no está(n) limitado (s) a miembros que tienen secciones transversales aproximadamente cuadradas o rectangulares, sino que, más bien, los miembros de apoyo de carga puede comprender cualquier número de configuraciones o formas de sección transversal. La forma de la sección transversal de los miembros de apoyo de carga está solamente limitada en que la forma de los miembros de apoyo de carga debe ser capaz de proporcionar tráfico vehicular suave y sin obstáculos a través de las superficies superiores de los miembros de apoyo de carga.
Todavía con referencia a las Figuras 1A-1C, el sistema de junta de expansión 10 incluye vigas o miembros de borde 20, 22. Los miembros de borde 20, 22 están ubicados en las superficies de cara de borde adyacentes 24, 26 de los miembros de estructura 14, 16.
Todavía con referencia a las Figuras 1A-1C, el sistema de junta de expansión 10 incluye el miembro de barra de soporte 30. El miembro de barra de soporte 30 alargado se extiende longitudinalmente dentro del espacio 12 de la junta de expansión, esto es, el miembro de barra de soporte 30 se extiende sustancialmente paralelo con relación a la dirección del recorrido del vehículo a través del sistema de junta de expansión 10 y el espacio 12. El miembro de barra de soporte 30 proporciona soporte para el miembro de apoyo de carga vehicular 18 mientras el tráfico vehicular pasa sobre el sistema de junta de expansión 10 y el espacio 12. El miembro de barra de soporte 30 alargado incluye extremos opuestos 32, 34. Cada extremo opuesto 32, 34 del miembro de barra de soporte 30 está ubicado en un alojamiento adecuado 36, 38 para aceptar los extremos 32, 34 del miembro de barra de soporte 30. Como se discute a mayor detalle en este documento, los alojamientos 36, 38 para aceptar los extremos 32, 34 del miembro de barra de soporte 30 están colocados, o incrustados en las regiones de "bloque de hueco" (14, 16) (block-out) de las secciones de calzada adyacentes respectivas en la construcción de calzada. El sistema de junta de expansión 10 puede estar fijo dentro de las áreas de bloque de hueco entre dos secciones de calzada al colocar el sistema dentro del espacio entre las secciones de calzada e introducir concreto en las regiones de bloque de hueco o al fijar mecánicamente el sistema de junta de expansión en el espacio al soporte estructural subyacente. La unión mecánica se puede lograr, por ejemplo, mediante atornillar o soldar sistema de junta de expansión al soporte estructural subyacente.
El sistema de junta de expansión 10 incluye los apoyos inferiores 40, 42 que estar posicionados entre superficies inferiores del miembro de barra de soporte 30 y las superficies superiores de las paredes inferiores de los alo amientos 36, 38. Las superficies superiores de los apoyos inferiores 40, 42 proporcionan superficies de deslizamiento para la superficie inferior del miembro de barra de soporte 30. El sistema de junta de expansión 10 también incluye los apoyos superiores 44, 46 que están posicionados entre la superficie superior del miembro de barra de soporte 30 y las superficies de las paredes superiores del alojamiento 37, 39. Las superficies inferiores de los apoyos superiores 44, 46 proporcionan superficies de deslizamiento para la superficie superior del miembro de barra superior 30.
El miembro de barra de soporte 30 incluye regiones de extremo 32, 34 anguladas o de otra forma cónicas. Las regiones cónicas 32, 34 del miembro de barra de soporte 30 y los apoyos 44, 46 conjuntamente constituyen resortes de fricción. Estos resortes de fricción combinan la fuerza de restauración y las funciones de apoyo del miembro de barra de soporte mediante el uso de las regiones anguladas. Sin estar obligado a ninguna teoría en particular, los resortes de fricción trabajan al alterar la pre-compresión de apoyo mientras el espacio de la junta de expansión se abre y cierra. Mientras el espacio de la junta de expansión se abre, los extremos cónicos 32, 34 de la barra de soporte fuerzan los apoyos para incrementar la pre-compresión de apoyo, induciendo de esta manera fuerzas horizontales más grandes.
La fuerza de fricción incrementada ayuda a estabilizar el sistema de junta de expansión contra los impactos vehiculares horizontales, mientras la fuerza de restauración incrementada (resortes) ayuda a mantener la equidistancia entre los miembros de apoyo de carga vehicular y entre los miembros de apoyo de carga vehicular y los miembros de borde del sistema de junta de expansión.
Mediante el uso del miembro de barra de soporte 30 cónico, se produce una fuerza de resorte debido a la pre-compresión en los apoyos superiores 44, 46 están colocados en un ángulo relativo al miembro de barra de soporte 30. Mientras el miembro de barra de soporte 30 cambia la posición relativa a los apoyos superiores, la pre-compresión cambia y la fuerza en la dirección del miembro de barra de soporte 30 cambia. Mientras el miembro de barra de soporte 30 cambia la posición, la fuerza de restauración cambia proporcionalmente, similar a un resorte lineal. Mientras la pre-compresión incrementa con la abertura del espacio de la junta de expansión, la fricción de la junta incrementa también, proporcionando de esta manera mayor resistencia lateral para aberturas de junta más grandes. Estas propiedades culminan para proporcionar sistema de junta de expansión que resiste mayores cargas de impacto lateral. Por lo tanto, el sistema de junta de expansión puede proporcionar equidistancia entre miembros de apoyo de carga vehicular transversales y entre miembros de apoyo de carga vehicular y miembros de borde sin el uso de componentes de resortes separados.
De acuerdo con la modalidad ilustrativa que se muestra en las Figuras 2A-2C, hay dos miembros de apoyo de carga vehicular 18 separados posicionados dentro del espacio. El miembro de barra de soporte alargado 50 se extiende longitudinalmente dentro del espacio de junta de expansión 52 ubicado entre secciones de calzada separadas 54, 56. El miembro de barra de soporte 50 proporciona soporte para el miembro de apoyo de carga vehicular mientras el tráfico vehicular pasa sobre el espacio de junta de expansión 52. El miembro de barra de soporte 50 alargado incluye los extremos opuestos 58, 60. Cada extremo opuesto 58, 60 del miembro de barra de soporte 50 está ubicado en un alojamiento adecuado 62, 64 para aceptar los extremos 58, 60 del miembro de barra de soporte 50. Los alojamientos 62, 64 para aceptar los extremos 58, 60 del miembro de barra de soporte 50 están colocados en un alojamiento adecuado 62, 64 para aceptar los extremos 58, 60 del miembro de barra de soporte 50. Los alojamientos 62, 64 para aceptar los extremos 58, 60 del miembro de barra de soporte 50 están colocados, o incrustados, en las regiones de "bloque de hueco" de las secciones de calzada adyacentes respectivas en la construcción de calzada. Las regiones de extremo cónicas 58, 60 del miembro de barra de soporte 50 se pueden proporcionar con diferentes ángulos. Debido a los diferentes ángulos de las conicidades de las regiones de extremo cónicas 58, 60 del miembro de barra de soporte 50, se producen diferentes índices de resorte. A manera de ejemplo, y no limitación, el miembro de barra de soporte 50 del sistema de junta de expansión puede estar provisto con ángulos de conicidad en donde un primer ángulo cónico 58 produce un primer índice de resorte y un segundo ángulo cónico 60 produce un índice de resorte que es de aproximadamente la mitad del índice de resorte producido por el primer ángulo cónico 58. En consecuencia, el extremo del miembro de barra de soporte 50 con el ángulo cónico 58 que produce el menor índice de resorte se moverá aproximadamente el doble que el extremo 60 del miembro de barra de soporte 50 que produce el mayor índice de resorte.
Todavía con referencia a las Figuras 2A-2C, el sistema de junta de expansión incluye los apoyos inferiores 66, 68 que están posicionados entre las superficies inferiores del miembro de barra de soporte 50 y las superficies superiores de las paredes inferiores de los alojamientos 62, 64. Las superficies superiores de los apoyos inferiores 66, 68 proporcionan superficies de deslizamiento para la superficie inferior del miembro de barra de soporte 50. El sistema de junta de expansión también incluye los apoyos superiores 70, 72 que están posicionados entre la superficie superior del miembro de barra de soporte 50 y las superficies de las paredes superiores 63, 65 del alojamiento 62, 64. Las superficies inferiores de los apoyos superiores 70, 72 proporcionan superficies de deslizamiento para la superficie superior del miembro de barra de soporte 50.
De acuerdo con otras modalidades, el sistema de junta de expansión puede incluir una conexión de momento flexible para conectar los miembros de barra de soporte a los miembros de apoyo de carga vehicular. La conexión de momento flexible puede emplear un ensamble de yugo fijo, y aun asi elásticamente flexible. La conexión de momento flexible del sistema de junta de expansión ahora será descrita a mayor detalle con referencia a las Figuras 3A-3B. Se debe observar que no se pretende que la conexión de momento flexible esté limitada a las modalidades ilustrativas que se muestran en estas figuras. Con referencia ahora a las Figuras 3A-3B, la conexión de momento flexible 80 conecta un miembro de apoyo de carga 82 a un miembro de barra de soporte 84 que está posicionado por debajo del miembro de apoyo de carga 82. La conexión de momento flexible 80 comprende un ensamble de yugo que está en acoplamiento fijo con una superficie inferior 86 del miembro de apoyo de carga 82 para conectar el miembro de apoyo de carga 82 al miembro de barra de soporte 84.
Sin limitación, el ensamblaje de yugo 80 está integralmente formado como una pieza unitaria con el miembro de apoyo de carga 82. Una conexión de momento flexible formada integralmente elimina la necesidad de componentes adicionales y facilita la fabricación y ensamble. Alternativamente, el ensamble de yugo 80 puede ser un componente separado que está mecánicamente conectado a la superficie inferior del miembro de apoyo de carga 82. Por ejemplo, el ensamble de yugo 80 puede estar conectado al miembro de apoyo de carga 82 por medio de sujetadores mecánicos 100, 102, mediante soldadura, o mediante cualquier otro medio adecuado conocido en la materia. El medio de resorte 88 llevados por el ensamble de yugo 80 empuja elásticamente el miembro de soporte 84 hacia el miembro de apoyo de carga 82.
Sin limitación, el ensamble de yugo 80 puede comprender una forma en U en sección transversal e incluye un par de brazos paralelos 90, 92 separados por una sección curveada de extensión (o miembro transversal) 94 que abarca el espacio entre los brazos 90, 92. La sección curveada de extensión 94 también se puede denominar como la región de "silleta" del ensamble de yugo 80. Mientras que el ensamble de yugo 80 puede ser en forma de U, actualmente se contemplan otras configuraciones, tal como donde los brazos pueden estar generalmente perpendiculares a la sección de extensión. Cuando se utiliza un ensamble de yugo en forma de U en el sistema de junta de expansión, el medio de resorte 88 está posicionado en la región de silleta 94 del ensamble de yugo 80.
El miembro de apoyo de carga 82 está asentado en un miembro de asiento plano 96 en el ensamble de yugo 80 interpuesto entre el miembro de apoyo de carga 82 y el miembro de soporte 84. El miembro de asiento 96 descansa sobre la superficie de soporte 98 del miembro de soporte 84. El miembro de asiento 96 puede estar ubicado centralmente sobre el miembro de soporte 84 y puede estar fijo al miembro de soporte 84 por medio de una o más clavijas, no mostradas. Se debe apreciar que el miembro de asiento 96 puede estar unido al miembro de soporte 84 mediante cualquier medio adecuado, tal como por soldadura, sujeción, acoplamiento por fricción o por cualquier otro mecanismo adecuado. Como se muestra, el miembro de asiento 96 es rectangular en forma, sin embargo, puede ser de cualquier forma. El miembro de apoyo de carga 82 se acopla elásticamente al miembro de soporte 84 por lo cual el miembro de asiento 96 permite al miembro de apoyo de carga 82 una pequeña cantidad de movimiento para permitir el alineamiento del miembro de apoyo de carga 82 con relación al miembro de soporte 84.
El resorte de compresión 88 está ubicado en la sección de extensión 94 del ensamble de yugo 80, por lo cual el miembro de soporte 80 se empuja normalmente en contacto con el miembro de apoyo de carga 82. El miembro de soporte 84 pasa entre el miembro de asiento 96 y el resorte 88, el cual actúa para amortiguar la carga dinámica. El resorte 88 mantiene el miembro de soporte 84 en su lugar y mitiga la holgura, vibraciones y levantamiento. Las propiedades de baja rigidez y amor iguamiento alto del resorte sirven para reducir la fuerza del impacto de la carga de tráfico, mitigar la vibración cuando se aplican cargas vehiculares grandes y prevenir el ruido provocado por el contacto metálico. El resorte está pre-comprimido para ajustarse al yugo 84 y prevenir el espaciamiento en la conexión durante la carga vehicular. El resorte de compresión 88 puede comprender un poliuretano comercialmente disponible. El resorte 88 proporciona un grado de flexibilidad a la conexión de momento flexible 80. Por lo tanto, cada miembro de apoyo de carga 82 del sistema de junta de expansión está fijo a su propio miembro de soporte 84 por el ensamble de yugo 80 de la conexión de momento flexible gue proporciona algo de flexibilidad elástica. El ensamble de yugo 80 fijo de la conexión de momento flexible previene que el miembro de soporte 84 se mueva longitudinalmente o previene el deslizamiento a una nueva posición con relación al miembro de apoyo de carga en respuesta a la expansión y contracción de la calzada y otros movimientos. Sin embargo, el medio de resorte 88 en conjunto con el miembro de asiento elastomérico 96 en el ensamble de yugo 80 permite que el miembro de apoyo de carga 82 gire elásticamente con relación a la barra de soporte de 84.
Como se muestra en la Figura 3B, la conexión de momento flexible 80 puede estar fija al miembro de apoyo de carga 82 al hacer pasar los sujetadores mecánicos 100, 102 a través de agujeros provistos en las porciones de borde 104, 106 de la conexión 80.
La Figura 4 muestra dos diagramas de cuerpo libre que representan las fuerzas ejercidas por los apoyos en que están en contacto con los extremos cónicos de los miembros de barra de soporte que se extienden longitudinalmente del sistema de junta de expansión y que tienen diferentes niveles de compresión. Como se muestra en la Figura 4, la flecha de vector R representa la fuerza de resorte ejercida por el apoyo en el extremo cónico del miembro de barra de soporte que se extiende longitudinalmente, la flecha de vector H representa la componente horizontal de la fuerza de resorte ejercida por el apoyo en el extremo cónico del miembro de barra de soporte que se extiende longitudinalmente, y la flecha de vector V representa la componente vertical de la fuerza de resorte ejercida por el apoyo en el extremo cónico del miembro de barra de soporte que se extiende longitudinalmente. De acuerdo con el diagrama de cuerpo libre de la Figura 4, se muestra que el apoyo que tiene una compresión incrementada resulta en un incremento de la componente horizontal de la fuerza de resorte en el extremo cónico del miembro de barra de soporte que se extiende longitudinalmente .
En consecuencia, los resortes de fricción están diseñados para proporcionar la función de fuerza de restauración con el uso de componentes separados de resorte. El diseño elimina resortes, reduce el tiempo y costo de fabricación, reduce la complejidad de diseño, facilita el ensamble de la junta. Los componentes de resorte elastomérico en juntas modulares estándar son los componentes que fallan más a menudo, el uso de resortes de fricción eliminará este modo de falla, y por lo tanto reducirá los costos de mantenimiento .
En consecuencia, la conexión de momento flexible está diseñada para incrementar la vida de fatiga al eliminar el detalle de soldadura de conexión rígida sensible a la fatiga, impactar la resistencia al filtrar las ondas de esfuerzo, incrementar las características de vibración de impacto auricular, y proporcionar una conexión miembro de apoyo de carga/barra de soporte más ajustada y estable. El uso de la conexión de momento flexible de la invención resulta en una reducción importante en los costos de conexión, los cuales son una gran parte de costos de fabricación o labor. Adicionalmente, la conexión de momento flexible de la invención proporciona capacidad de reemplazo de conexión in-situ.
El sistema de junta de expansión se puede utilizar en el espacio entre secciones adyacentes de calzada de concreto. Típicamente el concreto se vierte en las porciones de bloque de hueco de secciones adyacentes de calzada. El espacio se proporciona entre la primera y la segunda secciones de calzada para acomodar la expansión y contracción debido a las fluctuaciones térmicas y ciclos sísmicos. El sistema de junta de expansión puede estar fijo dentro de las porciones de bloque de hueco entre dos secciones de calzada al colocar el sistema dentro del espacio entre las secciones de calzada y verter el concreto dentro de las porciones de bloque de hueco o al fijar mecánicamente el sistema de junta de expansión en el espacio al soporte estructural subyacente. La unión mecánica se puede lograr, por ejemplo, mediante atornillar o soldar sistema de junta de expansión al soporte estructural subyacente .
Por lo tanto se demuestra que la presente invención proporciona una conexión de momento flexible que se puede utilizar en relación con un sistema de junta de expansión en construcciones de calzada, construcciones de puente, construcciones de túnel, y otras construcciones donde se forman espacios entre secciones de concreto separadas, adyacentes. El sistema de junta de expansión que incluye una conexión de momento flexible se puede utilizar donde es deseable absorber las cargas aplicadas a los sistemas de junta de expansión, y para acomodar los movimientos que ocurren en la vecindad del espacio de la junta de expansión en respuesta a los cambios de temperatura, ciclos sísmicos y deflexiones provocadas por las cargas vehiculares.
La conexión de momento flexible proporciona una conexión mejorada que es resistente y confiable, y un sistema de junta de expansión modular de múltiples barras de soporte que incluye una conexión mejorada que se puede utilizar en lugar de las soldaduras de penetración completa difícil de fabricar y propensa a las fallas, para conectar de manera fija cada miembro de apoyo de carga de la junta de expansión a su propio miembro de soporte. El sistema de junta de expansión que incluye la conexión mejorada es capaz de acomodar grandes movimientos que ocurren separadamente o simultáneamente en múltiples direcciones en la vecindad de un espacio que tiene una junta de expansión entre dos secciones de calzada adyacentes, por ejemplo, movimientos que ocurren en las direcciones longitudinal y transversal con relación al flujo del tráfico, y los cuales son un resultado de los cambios térmicos, presfuerzo, eventos sísmicos, y deflexiones de carga vehicular.
Mientras el sistema de junta de expansión ha sido descrito anteriormente en relación con ciertas modalidades ilustrativas, como se muestra en las diferentes figuras, se debe entender que se pueden utilizar otras modalidades similares o se pueden hacer modificaciones y adiciones a las modalidades descritas para llevar a cabo la misma función del sistema de junta de expansión sin desviarse del mismo. Además, todas las modalidades que se divulgan no están necesariamente en la alternativa, ya que se pueden combinar diferentes modalidades para proporcionar las características deseadas. Se pueden hacer variaciones por alguien experimentado en la materia sin apartarse del espíritu y alcance de la divulgación.
Claims (24)
1. Un sistema de junta de expansión para un espacio definido entre primera y segunda estructuras adyacentes que comprende : al menos un miembro de apoyo de carga vehicular que se extiende transversalmente que tiene superficies superiores expuestas al tráfico y superficies inferiores opuestas a dichas superficies superiores; al menos un miembro de soporte posicionado por debajo del dicho al menos un miembro de apoyo de carga que se extiende transversalmente y que se extiende longitudinalmente a través de dicha junta de expansión de dicha primera estructura a dicha segunda estructura; y al menos una conexión de momento flexible que conecta dicho al menos un miembro de apoyo de carga vehicular que se extiende transversalmente a dicho al menos un miembro de soporte .
2. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende una conexión de momento flexible que conecta dicho al menos un miembro de apoyo de carga vehicular que se extiende transversalmente a solamente uno de al menos un miembro de soporte.
3. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la conexión de momento flexible comprende: un ensamble de yugo en acoplamiento fijo con el miembro de apoyo de carga para conectar el miembro de apoyo de carga al miembro de soporte; y medios de resorte llevados por el ensamble de yugo que empujan el miembro de soporte hacia el miembro de apoyo de carg .
4. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque dicho ensamble de yugo comprende una sección transversal sustancialmente en forma de U.
5. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque dicho ensamble de yugo esta mecánicamente unido a uno de dicho al menos un miembro de apoyo de carga.
6. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque dicha unión mecánica comprende un sujetador mecánico.
7. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque dicha unión mecánica comprende una soldadura.
8. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque un miembro de asiento está interpuesto entre el miembro de apoyo de carga y el miembro de soporte para servir como un asiento para el miembro de apoyo de carga.
9. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque dicho miembro de apoyo de carga se acopla elásticamente al miembro de soporte y dicho miembro de asiento permite a dicho miembro de apoyo de carga una pequeña cantidad de movimiento para permitir el alineamiento de dicho miembro de apoyo de carga con relación a dicho miembro de soporte.
10. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque dicho miembro de asiento comprende un material elastomérico .
11. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque dicho material elastomérico se selecciona del grupo que consiste de poliuretano, policloropreno, isopreno, caucho de estireno butadieno, caucho natural y combinaciones de los mismos.
12. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque dicho material elastomérico comprende un material de uretano.
13. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque dicha al menos una conexión de momento flexible esta colocada de manera fija a una superficie inferior de uno de dichos miembros de apoyo de carga, dicha conexión de momento flexible conecta dicho miembro de apoyo de carga con uno de dichos miembros de soporte para permitir que dicho miembro de apoyo de carga se traslade y gire elásticamente con relación a dicho miembro de soporte .
14. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque dicho ensamble de yugo permite que el miembro de apoyo de carga se traslade y gire elásticamente con relación al miembro de soporte pero no se deslice a una nueva posición.
15. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 14, además comprende primer y segundo medios para aceptar dichos extremos opuestos de dichos miembros de soporte .
16. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque dicho al menos un miembro de soporte comprende al menos un extremo cónico.
17. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque dicho al menos un miembro de soporte comprende dos extremos cónicos.
18. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 17, además comprende apoyos posicionados entre las superficies superiores de dichos miembros de soporte cónicos y dichos alojamientos.
19. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado porque dichos dos extremos cónicos de dicho al menos un miembro de soporte comprende diferentes ángulos de conicidad.
20. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado porque dichos dos extremos cónicos de dicho al menos un miembro de soporte producen sustancialmente el mismo índice de resorte.
21. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizado porque dichos dos extremos cónicos de dicho al menos un miembro de soporte producen diferentes índices de resorte.
22. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque dichos primer y segundo medios para aceptar extremos de dichos miembros de soporte son estructuras seleccionadas del grupo que consiste de cajas, receptáculos, cámaras, alojamientos, contenedores, recintos, canales, carriles, ranuras, surcos y pasos.
23. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 22, que comprende sellos flexibles y compresibles que se extienden entre al menos dos de dichos miembros de apoyo de carga, y entre dichos miembros de apoyo de carga y secciones de borde de dicha primera y dicha segunda secciones de calzada.
24. El sistema de junta de expansión de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizado porque dichos sellos se seleccionan de sellos de tira, sellos glandulares, y sellos de membrana.
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| FG | Grant or registration |