ELEMENTOS ESTRUCTURALES

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al campo técnico de la construcción, tanto en edificación como en obra civil, y más concretamente a los sistemas de refuerzo de estructuras de hormigón armado empleadas en este tipo de construcciones.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El refuerzo de estructuras de hormigón es un sector en el cual se está investigando mucho en los últimos años, debido al envejecimiento y deterioro de muchas estructuras de hormigón que se construyeron hace 30-40 años, e incluso menos tiempo, pero en ambientes más agresivos.

Los refuerzos que se han empleado tradicionalmente incluyen recrecidos con hormigón armado, chapas de acero, y más recientemente la utilización de materiales de altas prestaciones o FRPs, así conocidos por sus siglas en inglés (Fiber Reinforced Plastics).

Los FRPs plantean múltiples ventajas frente al resto de materiales con los que se realizan refuerzos, siendo su principal inconveniente su precio y la dificultad de aprovecharlos plenamente. Una forma de conseguir su pleno rendimiento sería mediante la introducción de esfuerzos previos en dichos materiales, antes o durante su puesta en obra, es decir, antes o durante la colocación de las barras de refuerzo en las estructuras de hormigón.

En la actualidad, se ha estado experimentando en laboratorio con barras activas de fibra de carbono para el refuerzo de estructuras de hormigón.

Un ejemplo de estos experimentos es el artículo "CFRP near surface mounted reinforcement (NSMR) for pre-stressing concrete beams", H. Nordin, Prof. B. Táljsten y A. Carolin, Lulea University of Technology, Suecia, 2002.

Una técnica diferente es la que se describe por ejemplo en el documento "Strengthening of RC Structures with near surface mounted FRP Rods", de Laura de Lorenzis y Antonio Nanni, Center for Infrastructure Engineering Studies, University of Missouri-Rolla, 2002. Otro ejemplo más es el procedimiento descrito en el artículo "Passive and active near- surface mounted FRP rods for flexural strengthening of RC beams", Laura de Lorenzis, Francesco Micelli y Antonio La Tegola, University of Leche, 2006.

Sin embargo, estos procedimientos son muy rudimentarios y no tienen aplicación fuera de un laboratorio, debido al entorno de trabajo real y las restricciones que impone una estructura ya construida.

Era por tanto deseable un método y un sistema que consiguieran obtener unos refuerzos eficientes para las estructuras en la construcción, mediante el pre-tensado de las barras, al colocarlas en dichas estructuras, evitando los inconvenientes existentes en los anteriores sistemas del estado de la técnica.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve los problemas existentes en el estado de la técnica mediante un método para tensar barras para el refuerzo de estructuras. Este refuerzo de estructuras incluye refuerzo a flexión, incluyendo la recuperación de flechas originadas, eliminación de fisuras y refuerzo de estructuras a esfuerzo cortante. El presente método consta de varias etapas.

En primer lugar se realizan unos cortes rectos superficiales en el elemento estructural de hormigón a reforzar, con una profundidad equivalente al recubrimiento de los cercos, con la ayuda de una radial o elemento similar. Es necesario que la disposición de las barras, y por tanto de los cortes que se realicen, guarden simetría con respecto al eje longitudinal del elemento estructural que se va a reforzar.

A continuación se colocan las barras que se pretenden tensar en los cortes del elemento estructural, con unos elementos de reparto de cargas, que reparten la carga recibida y evitan dañar el hormigón, y se introduce un elemento de empuje contra el que empujará posteriormente un sistema de tracción.

Después se realiza un anclaje de los extremos de las barras, para inmovilizar éstas, mediante un anclaje pasivo en uno de los extremos, y un anclaje activo en el otro extremo. Existen dos procedimientos para realizar el anclaje de las barras, que aprovechan la adherencia desarrollada entre la resina epoxi y la barra de refuerzo. La longitud de anclaje se determina en función de la tensión previa que se pretende introducir en el elemento estructural a reforzar.

En el primer método, se inyecta resina epoxi en un tubo de cobre de diámetro superior a la barra de refuerzo, que ha sido previamente colocado perfectamente centrado en un extremo de la barra de refuerzo. La adherencia desarrollada entre resina y barra de refuerzo se transmite a una placa cilindrica tipo arandela, que apoya su vez sobre el elemento de reparto de cargas.

En el segundo método de anclaje, se fija la barra de refuerzo directamente sobre el hormigón, en la longitud de anclaje previamente determinada.

Una vez fijadas las barras se coloca un sistema de tracción, que puede ser un gato hidráulico o similar, y una vez equilibrado se empieza a aplicar la carga, hasta obtener la tracción deseada.

Preferentemente, para evitar la pérdida de carga por relajación del sistema de tracción, se realiza una inmovilización del sistema de tracción y del elemento de empuje contra el que el sistema de tracción empuja, colocando al menos un suplemento que inmoviliza el elemento de empuje y que evita que se produzcan desplazamientos y pérdidas de tensión. De esta forma además es posible retirar el sistema de tracción sin que las barras pierdan la carga que ha sido introducida.

Finalmente, cuando las barras están tensadas se inmovilizan éstas aplicando medios de pegado a lo largo de toda su unión al elemento estructural de hormigón. De forma preferente se utiliza resina epoxi por encima de las barras, procurando llenar completamente los cortes que se hicieron para la disposición de las barras. Alternativamente, también sería posible el pre-relleno de los cortes en el elemento estructural a reforzar antes de la colocación de las barras, para mejorar el relleno de los mismos. Cuando la resina ha endurecido, se puede retirar el resto de elementos utilizados, para lo que será necesario cortar las barras por el extremo donde estaba situado el anclaje activo.

En ocasiones puede ser necesario realizar alguna operación adicional, como por ejemplo realizar unos taladros en algún elemento estructural para alcanzar la viga que está detrás. Estas operaciones no suponen sin embargo ninguna modificación en el método anteriormente descrito.

Otro objeto de la presente invención es el sistema para tensar barras para el refuerzo de estructuras utilizado en el método anteriormente descrito. El sistema tiene un sistema de tracción, que puede consistir en un gato hidráulico o elemento similar, que de forma preferente tiene un manómetro y un cilindro hidráulico de pequeñas dimensiones para proporcionar la tracción. Además, el sistema presenta unos dispositivos de anclaje de las barras, de tal forma que cada barra tiene dos anclajes en sus extremos, uno pasivo y uno activo. El sistema para tensar barras dispone también de unos elementos de reparto de cargas en el hormigón. Se trata de unas placas de un material que reparten la acción de las cargas que se introducen en el elemento estructural de hormigón, para no deteriorarlo. Estas placas podrían estar hechas de metal o de un material similar. Además, dichas placas pueden adoptar la forma de cuñas, en el caso de que las barras no sean perpendiculares a la cara de la estructura de hormigón donde se encuentran los anclajes activos de las barras, como puede suceder por ejemplo en el refuerzo a cortante de una viga de hormigón armado.

El sistema objeto de la presente invención tiene adicionalmente un elemento de empuje, contra el que empuja el sistema de tracción. Se trata de un elemento de gran rigidez, con perforaciones o ranuras que son atravesadas por las barras que se pretende tensar, y que recibe el empuje del sistema de tracción sin sufrir deformaciones.

De acuerdo con una realización preferente de la invención, el sistema cuenta además con dos suplementos de bloqueo, los cuales bloquean el elemento de empuje en una posición determinada, y evitan que las barras se destensen por una posible relajación del sistema de tracción, y permiten además retirar el sistema de tracción antes de que finalice el proceso de fijado de las barras al elemento estructural que refuerzan. DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

A continuación, para facilitar la comprensión de la invención, a modo ilustrativo pero no limitativo se describirá una realización de la invención que hace referencia a una serie de figuras.

La figura 1 es una vista en perspectiva superior de una realización de un sistema para tensar barras para el refuerzo de estructuras objeto de la presente invención para una posible configuración para refuerzo a flexión.

La figura 2 es una vista lateral de una realización de un sistema para tensar barras para el refuerzo de estructuras objeto de la presente invención para una posible configuración para refuerzo a cortante.

La figura 3 es una vista en perspectiva lateral inferior de una realización de un sistema para tensar barras para el refuerzo de estructuras para una posible configuración para refuerzo a cortante. La figura 4 es una vista en perspectiva lateral inferior de una realización de un sistema para tensar barras para el refuerzo de estructuras para una posible configuración para refuerzo a cortante.

La figura 5 es una vista lateral de una realización de un sistema para tensar barras para el refuerzo de estructuras para una posible configuración en la que se atraviesan elementos de hormigón armado para refuerzo a flexión.

La figura 6 es una vista en perspectiva del sistema para tensar barras para el refuerzo de estructuras de la figura 5.

La figura 7 es una vista de varias realizaciones del elemento de empuje, contra el que empuja el sistema de tracción, con taladros y ranuras para el paso de las barras a su través.

En estas figuras se hace referencia a un conjunto de elementos que son:

1. elemento estructural de hormigón a reforzar

2. barras a tensar para el refuerzo de estructura

3. anclaje pasivo

4. primer elemento de reparto de cargas para el elemento estructural, dispuesto en el primer extremo de las barras

5. anclaje activo

6. elemento de empuje contra el que empuja el sistema de tracción

7. sistema de tracción

8. segundo elemento de reparto de cargas para el elemento estructural, dispuesto en el segundo extremo de las barras

9. suplemento de bloqueo que inmoviliza el sistema de tracción y el dispositivo de empuje

10. taladros en el dispositivo de empuje para el paso de las barras

11. ranuras en el dispositivo de empuje para el paso de las barras

DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES PREFERENTES DE LA INVENCIÓN

Un objeto de la presente invención es un método para tensar barras 2 para el refuerzo de elementos estructurales 1 de hormigón.

A continuación se describe una posible realización de dicho método, utilizando un gato hidráulico 7 como sistema de tracción 7 de las barras, y resina epoxi en los anclajes 3,5 de la barra y como medios de pegado. En primer lugar se realizan unos cortes rectos superficiales en el elemento estructural

1 de hormigón a reforzar, que tengan una profundidad equivalente al recubrimiento de los cercos, con la ayuda de una radial o elemento similar. Dichos cortes deben estar dispuestos de forma simétrica en la medida de lo posible respecto al eje longitudinal del elemento estructural 1 a reforzar, y el número de cortes, así como el de las barras que se dispondrán en ellas para su refuerzo debe ser par.

De forma preferente se limpian los cortes realizados, con agua o aire a presión, para eliminar posibles restos de polvo y suciedad y conseguir posteriormente una buena disposición de las barras 2 y una adecuada adherencia con la resina epoxi.

A continuación se preparan las barras 2 a traccionar y se colocan en los cortes realizados en el elemento estructural 1 , con los elementos de reparto de cargas 4,8, para evitar dañar el hormigón cuando se aplique presión con el gato hidráulico 7. Concretamente, un primer elemento de reparto de cargas 4 se dispone en un primer extremo de las barras 2 a tensar, y un segundo elemento de reparto de cargas 8 se dispone en un segundo extremo de dichas barras 2. Adicionalmente, en este paso se introduce el elemento de empuje 6, contra el que empujará el gato 7.

En la siguiente etapa se realiza un anclaje de los extremos de las barras 2 para inmovilizar éstas, mediante un anclaje pasivo 3 en los primeros extremos de las barras

2 y un anclaje activo 5 en los segundos extremos de dichas barras 2. De forma preferente, para estos anclajes 3,5 se utiliza resina epoxi en secciones cilindricas de cobre de diámetro superior a la barra 2 de refuerzo en las que se anclan los extremos de las barras 2, o bien, en el caso del anclaje pasivo 3, se une directamente el primer extremo de las barras 2 al elemento estructural 1 mediante la resina epoxi.

Se coloca el gato hidráulico 7, o cualquier otro elemento similar, y una vez equilibrado, se empieza a aplicar la carga, hasta obtener la tracción deseada.

De acuerdo con una realización preferente del método objeto de la presente invención, tras aplicar la carga, para evitar la pérdida de carga por relajación del sistema de tracción 7, se coloca al menos un suplemento de bloqueo que inmoviliza el elemento de empuje 6 en una posición determinada y evita que se produzcan desplazamientos y pérdidas de tensión. En este momento es posible retirar el elemento de tracción 7 utilizado, sin que las barras sufran pérdida de carga.

Finalmente, una vez tensadas las barras 2, se aplica la resina epoxi por encima de las barras 2, procurando llenar completamente los cortes que se hicieron inicialmente, y cuando la resina ha endurecido, se puede retirar el resto de elementos utilizados, para lo cual será necesario cortar las barras 2 por el extremo donde se encuentra el anclaje activo 5.

En ocasiones puede ser necesario realizar alguna operación adicional, como por ejemplo realizar unos taladros en algún elemento estructural para alcanzar la viga que está detrás. Estas operaciones no suponen sin embargo ninguna modificación en el método anteriormente descrito.

Otro objeto de la presente invención es el sistema para tensar barras 2 para el refuerzo de estructuras 1 utilizado en el método anteriormente detallado.

Tal y como se puede observar en las figuras, el sistema para tensar barras 2 tiene un sistema de tracción 7, que de forma preferente puede ser un gato hidráulico 7, aunque podría ser otro elemento similar. Este sistema de tracción 7 dispone de un manómetro para el control de la presión, y un cilindro hidráulico de pequeñas dimensiones para proporcionar la carga.

Además, el sistema presenta unos anclajes 3, 5 para las barras 2. Cada barra 2 tiene dos anclajes 3,5 en sus extremos, un anclaje pasivo 3 en un primer extremo de la barra 2, y un anclaje activo 5 en un segundo extremo de la barra 2.

Preferentemente, el anclaje pasivo 3 se puede obtener utilizando secciones cilindricas de cobre u otro material relleno de una resina epoxi e introduciendo el primer extremo de la barra 2 en su interior para que quede fijada dentro de la sección cilindrica cuando endurezca la resina. Otra realización consistiría en poner en contacto la barra 2 con el elemento estructural 1 de hormigón y aplicar resina epoxi en el primer extremo de la barra 2, de forma que cuando se produzca su endurecimiento fije dicho primer extremo al elemento estructural 1 de hormigón.

En cuanto al anclaje activo 5, de forma preferente éste también se realiza con secciones cilindricas de cobre u otro material relleno de resina epoxi, e introduciendo el segundo extremo de la barra 2 en su interior para que quede fijada dentro de la sección cilindrica cuando endurezca la resina.

Adicionalmente, como se representa en las figuras, el sistema para tensar barras 2 debe disponer de unos elementos de reparto de cargas 4,8 en el elemento estructural 1 de hormigón. Existe un primer elemento de reparto de cargas 4 dispuesto en el primer extremo de las barras 2, y un segundo elemento de reparto de cargas 8 dispuesto en el segundo extremo de las barras 2. Estos elementos de reparto de cargas 4,8 son unas placas de un material que reparta la acción de las cargas que se introducen en el elemento estructural 1 de hormigón, para no deteriorarlo. Estas placas podrían estar hechas de metal o de un material similar. Además, dichas placas pueden adoptar la forma de cuñas, en el caso de que las barras 2 no sean perpendiculares a la cara del elemento estructural 1 de hormigón donde se encuentran los anclajes activos 5 de las barras 2, como puede suceder por ejemplo en el refuerzo a cortante de una viga de hormigón armad, tal y como se observar en la figura 2.

Además, el sistema para tensar barras 2 tiene un elemento de empuje 6, contra el que empuja el cilindro del gato hidráulico 7, y que se trata de un elemento de gran rigidez, con taladros 10 o ranuras 11 que son atravesadas por las barras 2 a tensar, y que recibe el empuje del gato 7 sin sufrir deformaciones.

De acuerdo con una realización preferente del sistema objeto de la presente invención, éste cuenta con al menos un suplemento de bloqueo 9 fijado al elemento de empuje 6, el cual bloquea dicho elemento de empuje 6 en una posición determinada evitando desplazamientos y pérdida de carga, y con ello que las barras 2 se destensen por una posible relajación del gato hidráulico 7.

Una vez descrita de forma clara la invención, se hace constar que las realizaciones particulares anteriormente descritas son susceptibles de modificaciones de detalle siempre que no alteren el principio fundamental y la esencia de la invención.