DESCRIPCIÓN
Nudo de unión para estructuras metálicas. Objeto de la invención
El objetivo de la presente invención es un nudo de unión para estructuras metálicas, semirrígido, que permite la unión entre vigas y pilares, cuya principal aplicación es la construcción de aparcamientos multiplanta, si bien se puede destinar a la construcción de cualquier otra estructura metálica, o construcción que integre una estructura metálica. Este nudo tiene un alto índice de prefabricación en cuanto que la totalidad de sus componentes se fabrican y se montan in situ en operaciones de encastramiento y atornillado que permiten mejorar la seguridad en la construcción y reducir los costes y plazos de ejecución y de finalización de las obras.
Antecedentes de la invención
Se conocen estructuras, especialmente para andamios en las que la estructura se conforma a base de puntales o pilares con los que se relacionan vigas transversales, en las que dichos pilares incorporan rosetas para fijación de las vigas, mientras que éstas incorporan en los extremos de sus vanos unas horquillas de fijación a las citadas rosetas, estando prevista la existencia de ventanas y tetones homólogos en ambas piezas que acoplan entre sí por machihembrado, ejecutándose la fijación en el caso de los andamios mediante un pasador o pestillo colocado posteriormente.
Actualmente existen varios referentes para la construcción de estructuras metálicas, cuyos puntales y vigas se unen en puntos concretos formando nudos de unión que se aseguran mediante soldadura, remaches o tornillería. En general, las uniones de este tipo presentan problemas en la estabilidad de la unión, al menos mientras ésta no se asegura con los métodos definitivos que se adoptan en cada caso, por lo que es necesario ir ejecutando la fijación definitiva de los elementos al tiempo que se efectúa el montaje. Esta operativa plantea diversos problemas, entre ellos la falta de flexibilidad en el montaje, dado que una vez unidos los elementos no es posible volver a separarlos para recolocarlos o posicionarlos adecuadamente.
Descripción de la invención
La invención se propone resolver esta cuestión, para lo cual de una parte es posible efectuar un premontaje rápido y efectivo de la estructura y, una vez que ésta tiene la configuración adecuada y que todos sus elementos están en la posición definitiva, se procede a la fijación definitiva de los nudos. Esta fijación se efectúa de forma preferencial mediante tornillos, si bien también podría ser objeto de uniones remachadas.
El premontaje de las piezas que concurren en un nudo solo puede efectuarse en una posición estable, en la que las piezas adoptan posiciones geométricas bien definidas y que por tanto no requieren de ajustes posteriores. Por ejemplo, al montar en un puntal varias vigas dispuestas a 90e, el enclavamiento de estas es necesariamente en ángulo recto, o sea perpendicular a las caras del puntal y sólo éste es posible, con un margen de tolerancia mínimo.
Este nudo está compuesto por dos elementos diferenciados de una parte un poste o pilar que presenta a la altura o alturas adecuadas medios de acoplamiento para las vigas pertinentes, homólogos a otros medios de encastre situados en los cantos de las vigas, lo que permite un rápida unión inicial de los elementos, para en una segunda fase ser fijados mediante tornillos, que establecen una unión definitiva. Esta forma de montaje es la que mayores ventajas va a presentar, ya que al haber sido ensamblados todos los componentes en fabrica y transportados a pie de obra, la estructura estará lista para ser montada, sin necesidad de realizar soldaduras, ni dedicarle un tiempo excesivo para alinear las vigas e introducir los pernos de unión, atornillarlos uno a uno y darles el par de apriete necesario.
Si tenemos en cuenta que el cálculo de las estructuras actualmente se realiza con programas informáticos que determinan las dimensiones y secciones necesarias en función de los esfuerzos generados por las cargas introducidas, con un sistema de fabricación determinado previamente se consigue reducir en el diseño y cálculos necesarios. Por otro lado este tipo de nudos son adaptables a cualquier tipo de perfilería entre la gran variedad de familias de perfiles existentes, lo que a priori posibilita la elección de los mismos, a pesar de la infinidad de combinaciones y soluciones de uniones que se pueden ejecutar.
Así mismo, en el desarrollo de este nuevo sistema constructivo se logrará reducir la contaminación del medioambiente y los riesgos para la salud que sufren los soldadores que están frecuentemente expuestos a humos y gases de soldadura. Al realizar este producto mediante soldadura robotizada se aumenta la calidad y las propiedades de la soldadura. Otra ventaja que se debe resaltar frente a la gran parte de los materiales de construcción es la de que las estructuras de acero son reciclables.
Por otro lado, a la hora de diseñar un tipo de estructura que se adapte a las necesidades de un aparcamiento multiplanta hay que tener en cuenta la comodidad de utilización y obtener un rendimiento aceptable, mediante un índice de ocupación lo suficientemente alto.
Este nudo permite eliminar la etapa de diseño previo de las uniones y por tanto reducir el tiempo necesario para la ejecución de las uniones entre vigas y pilares de la estructura, obteniendo unas mejores prestaciones durante la ejecución de la obra que con un sistema tradicional. Otra ventaja consiste en mejorar el proceso de montaje de la estructura, con un sistema rápido y efectivo para realizar la unión, de forma que la viga que se pretende colocar descanse sobre el nudo del pilar, evitando mantenerla en una posición centrada mientras se coloca la tornillería para asegurar la unión, realizando el aseguramiento mediante la colocación de pernos que trabajen a cortadura, reduciendo el coste de la instalación, al no requerirse tornillos de alta resistencia y la facilitando la realización de la unión. Este nudo estructural está compuesto por vigas y pilares de un tipo de perfil determinado para cada caso, el cual podrá adoptar distintas dimensiones según sean los pilares para la primera planta o para la última, y dependiendo del vano de las vigas.
Sobre el pilar y los extremos de vano de las vigas se ensamblan los elementos de unión, compuestos por dos elementos diferenciados que al unirse conforman el nudo de unión. Estos elementos son producidos en serie en las instalaciones de la fábrica y se desplazan listos para ser colocados en obra, pudiendo conformar la estructura metálica de un nuevo aparcamiento multiplanta de forma sencilla y con unos plazos de ejecución mucho más rápidos que los convencionales. Además, las estructuras de acero son más manejables y con menor peso, comparadas con las de hormigón
prefabricado, por lo que la cimentación necesaria para anclar los pilares de la primera planta de la edificación podrá ser menor.
Los pilares que forman parte de este nudo incorporan una pareja de rosetas fijadas en torno al mismo, quedando separadas una distancia predeterminada. Cada una de estas rosetas incorpora, al menos en cada una de las caras en las que susceptiblemente se fija una viga transversal, una ventana poligonal y al menos un orificio circular. Por su parte cada una de las vigas que concurren en uno de estos nudos presenta una horquilla en "C", fijada en cada uno de los cantos de estas vigas, cuyas alas están separadas entre sí una distancia equivalente a la que separa las rosetas existentes en los pilares. Cada una de las alas dispone de un tetón de configuración poligonal, que sobresale por la cara inferior, que presenta una configuración equivalente la ventana de las rosetas y también al menos un oficio en correspondencia el de dichas rosetas.
Así dispuestos los pilares y vigas, una horquilla en "C" de cualquier viga encaja en una pareja de rosetas de cualquier pilar, introduciendo y acoplando los tetones de aquella en las ventanas existentes en éstas; de forma tal que no existe desplazamiento lateral de la viga y el simple acoplamiento entre tetones y ventajas posibilita la formación estable de la estructura. Posteriormente, una vez montada la estructura de una planta por ejemplo, se procede a su inmovilización mediante tornillos que pasando por los orificios existentes en las rosetas y horquillas establezcan la unión definitiva entre las mismas. Se ha previsto una variante de realización de este nudo para aquellos montajes que requieran la unión entre dos vigas que se cruzan, enlazando los extremos de una de ellas en un punto intermedio de la otra; en este caso, en el punto intermedio de la viga y por los costados de la misma se dispone de una pareja de rosetas fijadas a distintas alturas, separadas una distancia predeterminada. Cada una de estas rosetas incorpora, al menos en cada cara en la que susceptiblemente se fija una viga transversal, una ventana poligonal y al menos un orificio circular. Esta roseta emula perfectamente la colocada en los pilares permitiendo la fijación en ella de una segunda viga transversal respecto a esta, que es portadora de las rosetas formadoras del nudo, siempre que incorpore una horquilla en "C" como la descripta anteriormente.
La configuración elegida para las ventanas existentes en las rosetas y para los tetones existentes en las horquillas es respectivamente un hueco y sección rectangulares, por ser la poligonal la forma más simple y la menos sujeta a cabeceos o movimientos laterales de las vigas, formando las uniones a escuadra, o con el ángulo que marcan estas ventanas colocadas en la roseta fijada en el pilar o sobre la viga auxiliar.
Así mismo los orificios existentes en las rosetas y en cada horquilla en "C" son preferentemente dos y se sitúan respectivamente a los costados de la ventana y de los tetones respectivamente de las rosetas y horquilla, acoplando entre sí en el montaje y quedando en posición enfrentada para poder colocar un tornillo se seguridad.
Descripción de las figuras
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de facilitar la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un nudo en el que concurren un pilar (1 ) y tres vigas (2) antes de acoplarse entre sí.
La figura 2 representa una vista en planta y sección según la línea A-A de un pilar (1 ).
La figura 3 representa una vista en alzado y sección según la línea A-A de una viga (2).
Las figuras 4 y 5 muestran el nudo de la figura 1 , una vez formado y una vez asegurada la unión mediante tornillos (6) respectivamente. La figura 7 muestra una vista en perspectiva de un nudo de unión en este caso entre una viga principal (2b) y dos vigas transversales (2a-2c).
Las figuras 8 y 8 muestran el nudo de la figura 7, una vez formado y una vez asegurada la unión mediante tornillos (6) respectivamente.
Realización preferente de la invención
Como se puede observar en las figuras referenciadas el nudo de la invención resuelve por un lado la unión entre un pilar (1 ) y una serie de vigas (2), o también entre varias vigas 2, formando en ambos casos un nudo de montaje rápido y estable, susceptible de inmovilizar a posteriori o asegurar mediante tornillos (6).
En la figura 1 se aprecian los elementos esenciales para la formación de este nudo. Se trata de dos rosetas (3), fijadas perimetralmente en el pilar (1 ), que estás fijadas en posición paralela, separadas una distancia preestablecida, y de una horquilla en "C" (4), fijada en el canto de las vigas (2), la cual presenta entre sus alas una distancia equivalente a la de separación entre las rosetas (3).
Las rosetas (3) se sueldan en el pilar (1 ) en la propia fábrica. En la realización representada el cuerpo de la roseta es plano, de configuración poligonal o circular, al que se sueldan por ambas caras tramos del perfil conformante del pilar (1 ) hasta formar un pilar de la altura deseada, que incorpora las rosetas (3) en la posición adecuada. Por cada una de las caras del pilar (1 ) (normalmente se emplearán pilares normalizados de sección cuadrangular, si bien sería factible cualquier otra configuración) cada roseta (3) presenta una ventana alargada (31 ) y al menos un orificio (32). En la figura 2 esta ventana es rectangular y está escoltada por dos orificios (32) laterales.
Las terminaciones (4) en forma de horquilla en "C" presentas sendas alas paralelas que están separadas una distancia estándar equivalente a la de separación de las rosetas (3). Cada una de estas alas presenta un tetón saliente hacia abajo, con una configuración equivalente a las ventanas (31 ) y sendos orificios (42) en correspondencia con los orificios (32) de las rosetas (3).
En las figuras 3 y 7 se observa la posibilidad de montaje de este nudo entre dos vigas: una pasante (2b) que recibe en una zona intermedia la confluencia de otra u otras transversales (2a-2b). En este caso las rosetas (5), similares a las rosetas (3) destinadas a fijarse en los pilares (1 ), se fijan en los costados de una viga (2b) y disponen de una ventana (51 ) y de orificios (52) equivalentes a los existentes en las rosetas (3) en cuanto a disposición y configuración.
El montaje se aprecia fácilmente observando las figuras 1 ,5 y 6 en el caso de un nudo entre pilar y viga y en las figuras 7, 8 y 9 en el supuesto de que se efectúe el nudo de unión entre dos vigas. En ambos casos se coloca la terminación (4) de la viga con sus dos alas encima de las rosetas (3 o 5), encajando los tetones (41 ) en las ventanas (31 ) o (51 ). Acoplando la viga (2) por ambos extremos es suficiente para conformar la estructura de toda una planta. La colocación de los tornillos (6) de afianzamiento se puede efectuar a posteriori, es decir antes de proceder al montaje de la planta siguiente. Este sistema presenta las siguientes ventajas frente a una unión soldada o atornillada actual:
• Rápida fabricación (mecanizado de piezas y corte de vigas y pilares) gracias a la estandarización y fabricación en serie en el taller.
• Ensamblaje rápido y seguro de las piezas en taller, pudiendo controlar las condiciones óptimas necesarias para el correcto soldeo.
• Fácil montaje y desmontaje en obra debido a su naturaleza atornillada (estructura desmontable).
• Montaje sin necesidad de apuntalar o sujetar con tornillos inmediatamente debido al alojamiento para encajar las piezas, lo que hace también más precisa la alineación de las vigas entre pilares.
• Utilización de tornillos sin pretensar al trabajar a cortadura, a diferencia de los usados en placas de testa atornilladas tradicionalmente, ahorrando en tiempo de ejecución (no hay que aplicar par de apriete) y en coste de tornillos (no necesita tornillos de alta resistencia HV).
Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la invención, así como un ejemplo de realización preferente, se hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de la invención que se reivindican a continuación: