WO2009053515A1 - Construcción de bóvedas sin cimbra mediante arcos escarzanos - Google Patents

Construcción de bóvedas sin cimbra mediante arcos escarzanos Download PDF

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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/04—Casings; Linings; Walls; Roofs characterised by the form, e.g. shape of the bricks or blocks used

Definitions

  • the problem that the proposed invention intends to solve is that of reducing the construction costs of a covered enclosure, eliminating auxiliary means such as formwork, struts and formwork, to save 6m lights by using ceramic elements received on site with mortar from lime.
  • the reinforced concrete technology is thus replaced by the one of prefabricated ceramic elements that require less professional qualification for its application.
  • the front walls provide cohesion to the whole, absorbing the transverse tensions that may arise.
  • the planned loads are the own weight, the roof and snow overload, as well as the horizontal wind and earthquake stresses.
  • the thrusts resulting from the performance of the loads are absorbed by the buttresses fig.2., Designed so that they contain the line of thrusts of the arches and distributed every two linear meters of vault; They have a triangular shape, with base and height of 2.6Om. They will be placed on both sides of an isolated module; or if they are more than one, in the extreme modules. In the internal supports, they are counteracting the thrusts some modules with others.
  • the mentioned cannons correspond to the type that we will find in the underground galleries of the Khorsabad palace.
  • Byzantium The Byzantine vaults by terraced leaves forming barrel vaults, with vertical or inclined flat courses; or by vertical or inclined truncated conical courses; or lying down, all built without formwork.
  • Vault key set and corresponding domed bearing construction whose inventor is Steinwender, Reinhold (ES2026028).
  • Vault key set whose inventors are: Schmidt, Hans J., Dr .;
  • fig. 1 genesis of the hull arch and geometry of the invention.
  • fig.2 thrust absorption system Fig. 3 wall block: 3rd floor, 3b side elevation, 3c section, 3d perspective.
  • fig. 4 block wall finish 4th floor, 4b side elevation, 4c section, 4d perspective.
  • Fig. 5 Salmer block 5th floor, 5b front elevation, 5c side elevation, 5d perspective.
  • fig. 6 block type 6a front elevation, 6b side elevation, 6c floor, 6d perspective.
  • Fig. 7 middle segment block 7a, elevation, 7b, side elevation, 7c, 7d perspective.
  • Fig. 8 Key Key Block 8a front elevation, 8b side elevation, 8c floor, 8d perspective.
  • There is a variant of this block that is covered in its table and will be placed in the coronation of the walls and buttresses fig.4, which has the same dimensions as the previous one except that c 18cm.
  • the salmeres of the arches fig. 5 are blocks of dimensions A, B, C, like those of
  • the front walls are double-leafed, and the interior, in the encounter with the vault, is trimmed to best fit the surface of the vault fig. 13.
  • the other two walls that make up the enclosure have staggered buttresses to the outside, where the thrust line passes fig.2. These are absorbed and their efforts transmitted to the ground through the foundation. The buttresses and the outer leaf of the wall are locked for a better transmission of the thrusts fig. 14.
  • modules fig.16 can be attached in unlimited number.
  • the pieces that constitute the invention will be manufactured in suitable ceramic furnaces and will be rigged as described, by personnel specialized in the lifting of ceramic block factories, which can work from the ground to a height of 1.5Om in walls and buttresses.
  • the materials used are the clay baked in the oven to make the blocks, the lime mortar or mortar between the pieces and their lining, and the gravel to protect the roof.
  • the manufacturing process of the blocks goes through the creation of different molds, as defined in this document. It is observed that all types are hollow or lightened with drills, to achieve maximum relief of the weight of each piece during the execution, and to allow the mortar to penetrate and improve the joint between the pieces.
  • the clay is formed by minerals that once selected and mixed with water constitute a building material that is adobe. Cooking clay transforms the product into a more durable one; and the decomposition of the same by the action of water and the weather, over time, returns it to nature. Sales of the solution a) Build enclosures covered with more than 6m of light by means of vaults that do not need formwork for their construction. This implies a reduction in production costs of at least 40%. b) Use ceramic blocks taken with lime mortar excluding the use of cement and derivatives, throughout the process. No metal armor of any kind is used. c) Create, from a module, unlimited surface assemblies by pairing combined with elongation of the modules, giving rise to multiple grouping possibilities.
  • the resulting building can have any use, since ventilation and lighting are provided by the front walls. e) Due to the simplicity of the technology applied, this system can also be applied in countries with a low level of development. f) The environmental behavior is good, since the materials used consume little energy in obtaining them, have biological characteristics and can be recycled without leaving residues.

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Abstract

Construcción de bóvedas sin cimbra mediante arcos escarzanos. Están formadas por pares de arcos de bloques cerámicos engarzados por sus claves. Las dovelas tienen los laterales escalonados con un ángulo superior a 90°, al igual que el lado de los salmeres en que se apoyan. La clave del arco (impar) tiene también sus laterales simétricamente escalonados y en su cara frontal tiene un saliente que se introduce en el arco contiguo (par) en el hueco dejado por los escalonamientos simétricos de las dos dovelas centrales de éste último, cuyas dovelas extremas tienen la mitad de anchura que el resto.

Description

CONSTRUCCIÓN DE BÓVEDAS SIN CIMBRA MEDIANTE ARCOS ESCARZANOS
Descripción Planteamiento del problema
El problema que pretende resolver Ia invención propuesta, es Ia de reducir los costes de construcción de un recinto cubierto, eliminando los medios auxiliares como encofrados, puntales y cimbras, para salvar luces de 6m mediante Ia utilización de elementos cerámicos recibidos en obra con mortero de cal. Se sustituye así Ia tecnología del hormigón armado por Ia de elementos cerámicos prefabricados que requiere para su aplicación menor cualificación profesional.
En Ia mayor parte de los países del mundo se construye a base de viguetas de hormigón, bovedillas prefabricadas, barras de acero y hormigón en masa. La obtención de estos materiales, consume gran cantidad de energía, y al final quedan residuos de difícil reciclaje y eliminación. La patología asociada al hormigón armado es de sobra conocida; no sólo por Ia carbonatación del hormigón y Ia corrosión del acero, sino por Ia puesta en obra. La cerámica es un producto que consume poca energía en comparación con el cemento, y su utilización en forma de ladrillo o bloque cerámico se va a emplear para construir cerramientos resistentes de cubierta. También Ia cal, para elaborar Ia argamasa o mortero de cal, consume poca energía, es sencillo de obtener, y sus residuos se eliminan fácilmente. Estas ventajas nos conducen a Ia posible aplicación de Ia invención a países con bajo nivel de desarrollo tecnológico, y con necesidades importantes de viviendas duraderas.
Fundamentos mecánicos
"Después de Ia catenaria, o del arco carpanel peraltado, que es su equivalente en Ia práctica, los dos perfiles que generan menores esfuerzos de tracción, son el arco escarzano y el arco apuntado" (Auguste Choisy). El sistema se basa en Ia optimización de las condiciones de trabajo mecánico del arco semicircular, tomando una tercera parte de su desarrollo, y obteniendo así el arco escarzano que va a trabajar fundamentalmente a compresión fig.1 , Ia dimensión A es de 2,3Om, Ia dimensión B es de 6m y Ia dimensión C de 3,2Om. La adherencia entre las hojas que forman los arcos, por Ia penetración de Ia argamasa, entre las perforaciones de su tabla, proporcionan una notable cohesión y elasticidad al conjunto, por Io que no se prevén retracciones importantes. Si bien los arcos, considerados como elementos independientemente, podrían dar efectos de pandeo por Ia esbeltez de las piezas, Ia traba en el aparejo de los arcos, y Ia adherencia entre ellos, ya mencionada, hacen que Ia bóveda resultante trabaje solidariamente y no haya pandeo.
Por otra parte los muros testeros proporcionan cohesión al conjunto absorbiendo las tensiones transversales que se puedan presentar. Las cargas previstas son el peso propio, Ia sobrecarga de cubierta y Ia de nieve, así como los esfuerzos horizontales de viento y de sismo. Los empujes resultantes de Ia actuación de las cargas, son absorbidos por los contrafuertes fig.2., diseñados de forma que contengan Ia línea de empujes de los arcos y distribuidos cada dos metros lineales de bóveda; tienen forma triangular, con base y altura de 2,6Om. Se colocarán a ambos lados de un módulo aislado; o si son mas de uno, en los módulos extremos. En los apoyos interiores, van contrarrestando los empujes unos módulos con otros.
Antecedentes Históricos Egipto
Como ejemplo de bóveda con perfil peraltado y capas inclinadas, comenzando a media altura, citaremos los cañones de los almacenes del Rameseum (18a dinastía): hallamos bóvedas con perfil ojival en varias tumbas de planicie de Memfis En el templo de Deir-el-Medineh se han encontrado bóvedas rebajadas de hojas adosadas. Bóveda en Assasif en base de triángulo egipcio perfil elíptico realzado (carpanel). Asiria
Los cañones citados corresponden al tipo que encontraremos en las galerías subterráneas del palacio de Khorsabad.
Bizancio Las bóvedas bizantinas por hojas adosadas formando bóvedas de cañón, con hiladas planas verticales o inclinadas ; o por hiladas troncocónicas verticales o inclinadas; o por hiladas acostadas, todas construidas sin cimbras.
Un tipo mixto formando bóveda de cañón, con hiladas horizontales próximas a los apoyos, y Ia zona central _escarzano_, por hojas verticales adosadas. Actuales
De las patentes de invención consultadas que tengan alguna relación con Ia nuestra, podemos citar las siguientes:
"Juego de clave de bóveda y construcción portante abovedada correspondiente" cuyo inventor es Steinwender, Reinhold (ES2026028). "Conjunto para clave de bóveda" cuyos inventores son: Schmidt, Hans J. ,Dr.;
Ropke, Klaus; Schwab, Harald (ES2131429).
"Estructura de arco de apoyo así como procedimiento para su construcción" cuyo inventor es Nassau, Klaus-Detlef (ES2215950).
Descripción de las figuras fig.1 génesis del arco escarzano y geometría de Ia invención. fig.2 sistema de absorción de los empujes. fig.3 bloque de muro: 3a planta, 3b alzado lateral, 3c sección, 3d perspectiva. fig.4 bloque de muro remate: 4a planta, 4b alzado lateral, 4c sección, 4d perspectiva. fig.5 bloque salmer: 5a planta, 5b alzado frontal, 5c alzado lateral, 5d perspectiva. fig.6 bloque dovela tipo: 6a alzado frontal, 6b alzado lateral, 6c planta, 6d perspectiva. fig.7 bloque dovela media: 7a alzado frotal, 7b alzado lateral, 7c planta, 7d perspectiva. fig.8 bloque dovela clave: 8a alzado frontal, 8b alzado lateral, 8c planta, 8d perspectiva. fig.9 sección arco impar: H altura libre, L luz libre, I base contrafuerte, h altura contrafuerte. fig.1O sección arco par: H altura libre, L luz libre, I base contrafuerte, h altura contrafuerte. fig.11 aparejo arcos: 11a arco impar, 11 b arco par. fig.12 detalle apoyo arcos: 12a apoyo extremo, 12b apoyo centro. fig.13 perspectiva sistema mural. fig.14 perspectiva de cubierta. fig.15 agrupaciones adosando módulos. fig.16 agrupaciones adosando y alargando módulos.
Interesa conocer el peso de los diferentes bloques, de cara a Ia manejabilidad para su puesta en obra. Estos son:
• bloque de muro 14,40 Kg
• bloque de muro remate 15,50 Kg
• bloque salmer 9,40 Kg
• bloque dovela tipo 3,90 Kg • bloque dovela media 1 ,95 Kg
• bloque dovela clave 5,90 Kg
Ejecución de Ia invención
Los muros se forman con bloques cerámicos perforados fig.3 de dimensiones A=20cm, B=19cm y C=39cm. El tamaño de las perforaciones es a=2,25cm y b=7cm; estos bloques tipo formarán los muros y los contrafuertes. Hay una variante de este bloque que está tapado en su tabla y se colocará en Ia coronación de los muros y contrafuertes fig.4, que tiene las mismas dimensiones que el anterior excepto que c=18cm. Los salmeres de los arcos fig.5 son bloques de dimensiones A, B, C, como los de
Ia fig.4, pero cortados diagonalmente y resultando las medidas D=2cm, E=3.6cm, F=10.8cm, G=4.2cm, H=11.9cm, mientras que las perforaciones son iguales que Ia fig.4.
Las dovelas fig.6 tienen las dimensiones siguientes: A=28cm, B=24cm, C=5cm, D=13.5cm, E=28cm y F=4.12cm. El tamaño de las perforaciones es a=2cm, b=10cm.
Las dovelas fig.7 tienen las dimensiones siguientes: A=16cm, B=12cm, C=5cm, D=13,5cm, E=28cm. El tamaño de las perforaciones es a=2cm, b=10cm. Las claves fig.8 tienen las dimensiones siguientes: A=28cm, B=20cm, C=5cm, D=13,5cm, E=28cm, F=6cm, G=8cm, H=11cm, l=4,12cm. El tamaño de las perforaciones es a=2cm, b=10cm.
El aparejo de las hiladas va trabado, fig.9 hiladas pares, y fig.1O hiladas impares; Ia forma de colocación de ambas se detalla en Ia fig.11. Para conseguir Ia traba se necesitan dos piezas especiales, a saber: una pieza que apoya directamente sobre el salmer _descrita en Ia fig.7_ y otra que es Ia clave del arco y está descrita en Ia fig.8.
Sobre Ia bóveda se coloca una capa de mortero de cal para el sellado de las juntas fig.12, y sobre ella una capa de grava de protección.
Forma preferida de realizar Ia invención Los muros testeros son de doble hoja, y Ia interior, en el encuentro con Ia bóveda, se recorta para ajustarse Io mejor posible a Ia superficie de Ia bóveda fig.13. Los otros dos muros que conforman el recinto, llevan contrafuertes escalonados al exterior, por donde pasa Ia línea de empujes fig.2. Éstos son absorbidos y sus esfuerzos transmitidos al terreno a través de Ia cimentación. Los contrafuertes y Ia hoja exterior del muro están trabados para una mejor transmisión de los empujes fig.14.
La entrada de luz solar se consigue por las paredes de los testeros del módulo, practicando huecos de diversas formas. Agrupaciones de módulos fig.15 dan lugar a infinitas soluciones con ligeras variaciones en Ia construcción, según el uso que se pretenda dar a Ia invención. Por ejemplo, los contrafuertes desaparecen en un lado cuando conectamos dos módulos, ya que los empujes de ambos se contrarrestan, y Ia resultante de ambos se dirige verticalmente a Ia cimentación.
Esta circunstancia se produce cuando agrupamos mas de dos módulos en línea, por Io que los contrafuertes sólo aparecerán en los módulos extremos. Otras agrupaciones se consiguen alternando dobles alineaciones por uno de los testeros. Este tipo de agrupación puede generar un esquema urbanístico formado por calles paralelas cada dos filas de módulos, las cuales pueden tener una profundidad ilimitada. En cualquier caso se pueden adosar módulos fig.16 en número ilimitado.
Tecnología utilizada
Las piezas que constituyen Ia invención, se fabricarán en hornos cerámicos adecuados y serán aparejadas según se describe, por personal especializado en el levantamiento de fábricas de bloque cerámico, que puede trabajar desde el suelo hasta una altura de 1 ,5Om en muros y contrafuertes.
Dada Ia altura final de Ia edificación resultante, 3,77m desde el terreno hasta Ia última hilada de bloques murales, será necesario Ia utilización de unas simples borriquetas.
Los materiales que se utilizan son Ia arcilla cocida en horno para fabricar los bloques, el mortero de cal o argamasa de unión entre piezas y revestimiento de las mismas, y Ia grava para proteger Ia cubierta.
El proceso de fabricación de los bloques pasa por Ia creación de diferentes moldes, según queda definido en este documento. Se observa que todos los tipos son huecos o aligerados con taladros, para conseguir aliviar al máximo el peso de cada pieza durante Ia ejecución, y para permitir que el mortero penetre y mejore Ia unión entre las piezas.
La arcilla está formada por minerales que una vez seleccionados y mezclados con agua constituyen un material de construcción que es el adobe. La cocción de Ia arcilla transforma el producto en otro más duradero; y Ia descomposición del mismo por Ia acción del agua y Ia intemperie, a Io largo del tiempo, Io devuelve a Ia naturaleza. Ventaias de Ia solución a) Edificar recintos cubiertos de más de 6m de luz por medio de bóvedas que no necesitan cimbras para su construcción. Esto implica una reducción en los costes de producción de, al menos, un 40%. b) Utilizar bloques cerámicos tomados con mortero de cal excluyendo el uso del cemento y derivados, en todo el proceso. No se emplean armaduras metálicas de ninguna clase. c) Crear, a partir de un módulo, conjuntos de superficie ilimitada por adosamiento combinado con alargamiento de los módulos, dando lugar a múltiples posibilidades de agrupación. d) La edificación resultante puede tener cualquier uso, ya que se ha previsto ventilación e iluminación por los muros testeros. e) Por Ia sencillez de Ia tecnología aplicada, este sistema puede aplicarse también en países de bajo nivel de desarrollo. f) El comportamiento medioambiental es bueno, pues los materiales empleados consumen poca energía en su obtención, tienen características biológicas y se pueden reciclar sin dejar residuos.

Claims

Reivindicaciones
1. Dovela y media dovela de forma especial para Ia construcción de arcos caracterizada por su forma escalonada y no cuneiforme, (Fig 6) y (Fig 7), que disponen de un escalón en cada uno de sus lados con un ángulo superior a 90° de forma que, por una parte, se apoya en el escalón de Ia dovela idéntica y contigua a uno de los lados, y por el otro, y sobre su escalón, queda apoyada Ia dovela contigua del otro lado por el mismo sistema
2. Clave de arco de forma especial (Fig 8) caracterizada por:
a. No ser del tipo cuneiforme y disponer en cada uno de sus lados de un escalón de ángulo superior a 90° que descansa en los escalones de las dovelas contiguas b. Disponer en una de sus caras de un saliente que encaja con un hueco en Ia siguiente hilada de arcos
3. Salmer de forma especial (Fig 5) para apoyo de dovelas de conforman arcos caracterizado por ser del tipo trapezoidal y disponer de un entrante en una de sus caras en el que descansa Ia dovela escalonada
4. Arco escarzano (Arco impar) caracterizado porque su construcción comprende el uso de los siguientes elementos arquitectónicos: a. Un salmer de forma especial (Fig 5) en cada uno de los extremos del arco de acuerdo con Ia reivindicación 3 b. Dovelas iguales, de forma especial, (Fig 6) de acuerdo con Ia reivindicación 1 que arrancan desde uno a otro salmer hasta encontrarse en el centro del arco c. Clave de arco de forma especial (Fig 8), de acuerdo con Ia reivindicación 2, colocada en el centro del mismo y que dispone de un saliente que liga con el arco consecutivo (Arco par)
5. Arco escarzano (Arco par) de acuerdo con Ia reivindicación 4 caracterizado porque: a. La primera y Ia última dovela que apoyan sobre los salmeres son de forma especial (Fig 7) y son Ia mitad de las intermedias. b. El hueco correspondiente a Ia clave ha sido parcialmente ocupado por las dovelas que dejan un hueco más pequeño en el que encaja el saliente de Ia clave del arco anterior según Ia reivindicación 4
6. Bóveda construida mediante arcos consecutivos y trabados entre sí caracterizada por: a. Los arcos son escarzanos y de forma alternativa par e impar de acuerdo con Ia reivindicaciones 4 y 5 b. Las claves de los arcos impares engarzan con los arcos pares por acople del saliente de Ia clave del arco impar en el hueco que deja el arco par (Fig 11 )
7. Agrupación lineal e ilimitada de bóvedas caracterizada por Ia repetición consecutiva de una bóveda construida mediante hilada de arcos escarzanos de acuerdo con Ia reivindicación 6 (Fig 15) en un eje
8. Agrupación ilimitada de bóvedas en una superficie caracterizada por Ia repetición de una bóveda en dos ejes perpendiculares en el mismo plano (Fig 16)
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