"Sujetador (taco) para anclar un torn illo en concreto (hormigón) o similar"

Sector tecnológico

Industria y construcción.

Estado de la Técnica Actualmente existen diferentes tipos de sujetadores plásticos inyectados para concreto.

Unos de los sujetadores más comunes, son los que en su funcionamiento mecánico, producen una expansión axial, de dos cuerpos longitudinalmente divididos en dos partes iguales; que al introducirle el tornillo, se produce una fuerza de compresión que se distribuye axialmente en solo dos franjas no uniformes ni homogéneas que son los únicos dos puntos de contacto en el perímetro exterior (o área de contacto). Además, estos sujetadores presentan el problema de que cuando el tornillo entra desviado, este se dirige hacia un lado, produciendo una capacidad de retención casi nula. En los escenarios donde el concreto es de baja capacidad (F'c menor a l OOkgs cm2), este se hunde en la perforación sin poder roscarlo (en las paredes de Block) o gira sin que se logre roscar el tornillo. También presentan el inconveniente de que no se pueden golpear para introducirlos en el concreto porque se deforman y se quiebran; por lo que el usuario tiene que realizar un hueco de mayor diámetro en el concreto para poderlos introducir si n problema, acción por la cual quedan flojos; produciendo una disminución en su capacidad de retención, con el agravante de no tener la certeza de su efectividad en su funcionar para el objetivo deseado. También existen los sujetadores cónicos inyectados de bajo costo, con un cuello o tope para que no se hundan, pero la forma cónica con menos material en la parte posterior donde se espera el mejor anclaje, producen un buen roscado dando la apariencia que esta bien sujetado, pero con un pobre y muy deficiente anclaje (casi nulo según lo pudimos comprobar en las pruebas de campo). Otros sujetadores plásticos son de apariencia cilindrica (como la forma de una manguera semi deformada); los cuales son extruidos y cortados en línea, cuya expansión es axial perimetral, con varios relieves internos y externos para obtener adherencia. Como estos no presentan una forma radial consolidada ni un eje central perimetral cilindrico completo, el tornillo se desvía fácilmente del centro y por consecuencia, al igual que los otros sujetadores; su capacidad de retención es baja e imprecisa; la cual complica la efectividad en el control de calidad. Su distribución de esfuerzos es muy reducida y concentrada en solo tres puntos de expansión con muy poca cantidad de material para su agarre, siendo su distribución no siempre homogénea. Ya que este sujetador presenta el problema de que al ser introducido el torni llo en el orificio del sujetador, al no quedar este cerrado y confinado, se producen espacios libres donde entra el oxígeno produciendo que el tornillo se pueda corroer fácilmente.

Divulgación de la Invención

El objetivo de esta invención es evolucionar el estado de la técnica encontrando las soluciones a los problemas antes descritos presentados en los sujetadores plásticos actuales, así como, mejoras prácticas en el uso y eficiencia en su instalación, aplicación y funcionamiento.

Su forma de fabricación es similar al proceso conocido de extrusión de mangueras plásticas, únicamente se le complementa al final de la línea productiva con una cortadora de plásticos, para seccionar el sujetador en el tamaño requerido. Se diseñó un polímero termo plástico con la gravedad específica, dureza y características mecánicas necesarias para cumpl ir todos los requerimientos que el diseño de expansión radial necesitaba; brindando además diferentes colores para su fácil diferenciación según los tamaños (Fig.6) Beige 4mm. de diámetro, blanco 5mm. de diámetro, amarillo 6mm. de diámetro, naranja 8mm. de diámetro, fucsia l Omm. de diámetro, morado 12mm. de diámetro, y negro 1 9mm. de diámetro exterior (fig-6)

Este sujetador consiste en un nuevo y revolucionario sistema de sujeción usando como principio fundamental la expansión radial (6, 10), que al ingresar el tornillo en un eje central cilindrico, completo y estrecho (2), le permite al sujetador transmitir eficientemente la fuerza hacia el concreto por medio de sus múltiples radios (3), en una forma totalmente homogénea y uniforme (6). Tiene una forma cilindrica conformada por sus múltiples radios (3), con un eje de trasmisión de esfuerzos centralizado y cerrado (2), al que se le unen diversos radios (3). Estos múltiples radios (3) trabajan cada uno independientemente y a lo largo de toda su sección longitudinal (5); lo que hace que transmitan una presión homogénea y exponencial al área de contacto del orificio del concreto cuando se introduce el torni llo en el sujetador; moldeándose a las imperfecciones del orificio irregular que se realizó en el concreto; creando con esto un aj uste excelente al orificio en el que se introduce y dando como resultado una adherencia excepcional mejorando los estándares del estado de la técnica . Al tener múltiples radios (fig l ) posee una gran área de contacto efectiva (4) auto- moldeable con el concreto (Fig.8) a todo el largo del sujetador. (5) El diseño y la figura de este sujetador distribuye a sus múltiples radios en forma homogénea y constante las fuerzas de introducción del tornillo. El orificio central ( 1 ) o eje central (2) proveen una guía de lincamiento que confína el tornillo para una perfecta penetración sin que este se desvíe a un lado y pierda la presión (Fig. 3). Inicialmente, este orificio ( 1 ) se encuentra reducido por lo que al ingresar el tornillo, produce una expansión radial ( 1 0) y transmisión homogénea de esfuerzos a todos sus radios(3); estos radios (3) parten del eje central (2) hacia su diámetro exterior y transfieren equitativamente las fuerzas de presión hacia el área de contacto con el concreto (4). El orificio tiene la dimensión adecuada según los estudios de desarrollo que arrojaron las pruebas de campo, para que cuando el tornillo se introduzca, la fricción que se produce, termo forme la rosca en el mismo (9); En el proceso de introducción del tornillo en el sujetador; por la fricción y la presión que se está dando en el momento de expansión, se genera una reacción calórica que termo forma la rosca del tornillo dejando una rosca uniforme produciendo un excelente agarre del tornillo evitando que se llegue a barrer el tornillo de este punto. El orificio central ( 1 ), o eje de distribución de esfuerzos (2) recubre toda la rosca del tornillo con excepción de la punta y la cabeza, protegiéndolo del proceso de corrosión (Fig.4) en ambientes de humedad o salinidad (Fig. 4). La expansión ( 10) se produce a todo lo largo del cuerpo del sujetador (Fig.5); su diseño aprovecha prácticamente en su totalidad la expansión debido a que desde que el tornillo se introduce en el cuerpo del sujetador; y en toda su longitud (5), se genera una misma fuerza de expansión y adherencia al concreto.

Este sujetador se puede fabricar variando su número de radios (Fig. 1 ) dependiendo de su uso y la resistencia del concreto en el que se instalaran; comprendidos desde sujetadores de 4 radios a sujetadores de 8 radios; y estos a su vez con los diferentes diámetros externos para diferentes diámetros de tornillos, que van desde 4mm. a 19mm. de diámetro externo del sujetador (Fig. 6)

La longitud del cuerpo del sujetador, puede variarse en segundos en la línea de producción para obtener diferentes longitudes. Con este incremento en la longitud se logra una mejora significativa del sujetador, en su agarre y capacidad de sujeción; ya que dicha capacidad se vuelve exponencial conforme se aumenta la longitud del cuerpo del sujetador; esta

característica amplía los usos de los sujetadores plásticos a campos de alta sujeción para trabajos pesados donde los sujetadores plásticos tradicionales no eran competitivos. Las longitudes van desde 1 0mm. de largo a 150mm. de largo y en diferentes diámetros desde 4mm. a 1 9mm. Su forma radial desde la perspectiva longitudinal (Fig.6), tiene forma de oruga de tractor con un alto agarre y tracción. Esta característica implícita en el diseño del sujetador, provee mejores rangos de torque superando ampliamente el estado de la técnica y evitando por completo su barrido o giro.

Su versatilidad hace que aunque el sujetador cuenta con un orificio tan reducido ( 1 ), su eficiente expansión radial (10), le permite la introducción de tres diferentes tipos de grosor de tornillo en cada tamaño de sujetador, sin que éste se quiebre o se deteriore; aún cuando se extraiga el tornillo en algún momento.

En este sujetador se aumenta proporcionalmente la capacidad de sujeción en tracción del sujetador conforme se incrementa el grosor del tornillo (Fig.7). Debido a que con un tornillo más grueso se eleva la presión homogénea hacia cada radio (3), moldeando mejor y ensanchando el área de contacto de cada radio con el concreto.

Después de varios años de un extenso desarrollo de este producto y abundantes pruebas de campo; concluimos que este diseño de sujetadores (Fig. 1 ) es totalmente diferente a los tradicionales y los supera tanto en características de funcionamiento práctico como mecánico. En la tabla 1 se indica la comparación en los rendimientos con respecto a otros sujetadores existentes en el mercado así como algunas de las características que cumple este sujetador plástico de expansión radial auto moldeable al concreto:

TABLA 1

Resistencia Máxima en Tracción - Sistema Expander Plástico -Tomillo Metálico - Concreto (350 g/cm2)

Certifica CJVCO-Instítuto Tecnológico Costa Rica.

Research Center.

Nota: Los resultados de Resistencia Máxima en Tracción no deben ser tomados como ia Carga Útil Aplicable, La Carga Util Aplicable para cualquier expander debe ser un 70% menos que la Resistencia Máxima en Tracción.

Dentro de sus principales características en cuanto al funcionamiento práctico se destaca el hecho que el sujetador no se dobla ni se quiebra a la hora de introducirlo en la perforación de concreto. Esto debido a su diseño estructural, la cantidad y calidad del polímero utilizado.

Asimismo, tiene gran adherencia a las superficies y su forma radial longitudinal (5) en forma de oruga le restringe prácticamente que pueda rotar dentro del orificio, garantizando su roscado en el momento de introducir el tornillo en concretos de baja resistencia. Asimismo, no se tiene que retirar la pieza que se va a sujetar para introducir el sujetador; ya que este permite que se introduzca la punta del tornillo en el sujetador, golpeándolo hasta quedar localizado el sujetador en el orificio del concreto y quedando listo para el roscado del tornillo y el amarre de la pieza (si se usa el tornillo de cabeza avellanado) (Fig. 4)

En cuanto al funcionamiento mecánico se tiene que la sujeción es superior al estado de la técnica. Se da una expansión homogénea y centralizada desde el orificio central (1 ) que se encuentra inicialmente reducido, ya que, al ingresar el tornillo en este orificio reducido ( 1 ), produce una expansión ( 10) y trasmisión homogénea de esfuerzos (6) a todos sus radios (3); estos radios (3) parten del eje central (2) hacia su diámetro exterior y transfieren equitativamente las fuerzas de presión (6) hacia el área de contacto con el concreto (4). El diseño de brazos radiales (Fig. l ), además de transmitir la presión uniformemente por medio de cada brazo, o radio (3), le permite a cada uno de los radios amoldarse en toda su longitud (5) a las imperfecciones del orificio del concreto, creando con esto, un ajuste excelente y completo al orificio en el que se introduce y dando como resultado una adherencia excepcional, duplicando los estándares de los sujetadores plásticos tradicionales inyectados y extruidos de diversas formas; aumentando su capacidad de soporte en tracción prácticamente al doble de peso en la mayoría de los casos.

El sujetador provee una guía de lincamiento al tornillo (7) por su reducido orificio central (8), asegurando su correcta penetración; que en los sujetadores de inyección y extrusión plástica tradicional, por lo general, el tornillo se desvía a un lado del orificio perdiendo la presión necesaria y como consecuencia, su adherencia produce una retención deficiente. Esto no sucede con este sujetador por su estrecho orificio central (8), que funciona como centro de distribución de esfuerzos, y como guía confinadora del tornillo (Fig. 3) para que este no se desvíe, garantizando la homogeneidad en la sujeción y una excelente retención. Su diseño aprovecha prácticamente en su totalidad la expansión de todo el cuerpo del sujetador, debido a que desde que el tornil lo se empieza a introducir en este sujetador, se inicia la expansión, hasta el final de todo el cuerpo del sujetador; en toda su longitud (5), se genera una misma fuerza de expansión y adherencia al concreto (Fig. 2). Donde el sujetador tradicional solo utiliza menos de la mitad de su longitud para la adherencia y expansión ya que casi la mitad de su cuerpo es un orificio muy amplio, donde el tornillo no ejerce ninguna fuerza.

Una de las principales características es que se crea un termo formado de rosca interna (9). En el proceso de introducción del tornillo en el sujetador, por la fricción y la presión que se está dando en el momento de expansión, se genera una reacción calórica que termo forma la rosca del tornillo (9), dejando una rosca uniforme que produce un excelente agarre del torni l lo, evitando que este se llegue a barrer en ese punto ( 9) .

El tipo de diseño fue formulado con el objetivo de que el sujetador cubriera todo el tornillo (con excepción de la punta y la cabeza) para que este no se dañe por situaciones de humedad o ambientes corrosivos. Manteniendo la vida útil del tornillo (Fig. 4). El principio de expansión centralizada radial es una de sus principales características. Bajo este principio, se pudo determinar que se requerían varias formas diferentes de sujetador plástico de expansión radial ( 10) para diferentes sujeciones, dependiendo de la resistencia del concreto. Uno para concretos de mediana resistencia (menores a F'c = 21 Okg x cm2), se estipuló la forma radial de seis y ocho radios (Fig. 1 ). Para concretos de mayor resistencia (superiores a F'c = 21 Okg x cm2), que soporten mayor peso, se estipuló el sujetador con 4, o 5 radios (Fig. 1 ).

El sujetador está compuesto de resina pues se diseñó un polímero termo plástico con la gravedad específica, dureza y características mecánicas necesarias para cumplir todos los requerimientos que el diseño de expansión radial necesitaba; brindando además diferentes colores para su fácil diferenciación según los tamaños (Fig.6) Beige 4mm. de diámetro, blanco 5mm. de diámetro, amarillo 6mm. de diámetro, naranja 8mm. de diámetro, fucsia 1 0mm. de diámetro, morado 12mm. de diámetro, y negro 19mm. de diámetro exterior (fig.6)

La longitud del cuerpo del sujetador, puede variarse en segundos en la línea de producción para obtener diferentes longitudes. Con este incremento en la longitud se logra una mejora significativa del sujetador, en su agarre y capacidad de sujeción; ya que dicha capacidad se vuelve exponencial conforme se aumenta la longitud del cuerpo del sujetador; esta característica amplía los usos de los sujetadores plásticos a campos de alta sujeción para trabajos pesados donde los sujetadores plásticos tradicionales no eran competitivos. Las longitudes van desde l Omm. de largo a 150mm. de largo y en diferentes diámetros desde 4mm. a 19mm.