DESCRIPCIÓN

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se enmarca en el ámbito de la construcción, específicamente en el creciente conjunto de nuevas técnicas y tecnologías para la edificación modular en altura. Específicamente, la invención se trata de un sistema y método para construir edificaciones modulares de al menos tres pisos de altura, cuyas características principales son que los módulos de construcción han sido prefabricados antes de incorporarse al proceso de edificación, y que dichos módulos colaboran con columnas cuya altura es mayor a la altura de cada piso.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La industrialización de la edificación ha sido a lo largo de los años una meta a alcanzar en distintos países, por diversos agentes involucrados en la arquitectura. La construcción con módulos tridimensionales prefabricados está escasamente publicada en la literatura técnica, a pesar de que hay hoy un número creciente de fabricantes ofreciendo sus productos en diferentes países. Este método se ha desarrollado en gran medida a partir de ejemplos tempranos de prefabricación debido a la necesidad de viviendas en EE.UU. durante la fiebre del oro en el siglo XIX, las casas precortadas Sears, y la evolución de los “trailers” hacia la “modular house” a principios del siglo XX. Otros países como Japón han demostrado su interés por el desarrollo de este sistema constructivo avanzando hacia la calidad, garantías y reciclaje de los materiales. Uno de los ejemplos más tempranos de construcción modular ligera se lo debemos a Gabriel Voisin, que en 1919 construyó tres prototipos de casas modulares en Francia, las cuales fueron publicadas por Le Corbusier en el L'Espht Nouveau N° 2, en 1920. En todo este período un número no despreciable de intentos de construcción modular ligera han sido llevados a cabo, que van desde propuestas teóricas a varios cientos o miles de unidades producidas utilizando distintos materiales.

La evolución de la edificación modular tiene una relación estrecha con la historia de la prefabricación. La escasez de la vivienda durante las migraciones coloniales, o los períodos de posguerra nutrieron ocasionalmente la industria de la prefabricación. Pero sólo las condiciones a largo plazo, las oportunidades comerciales, las estrategias y la aceptación de los clientes han sido las que han proporcionado supervivencia a algunos de los sistemas existentes. El final de la segunda guerra mundial podría tomarse como un punto de inflexión, ya que a partir de ella los sistemas y técnicas han evolucionado en una competencia con la construcción tradicional en tiempos de paz y, además, ha visto el nacimiento de la industria moderna de la casa modular. Algunos autores han aportado algunas razones para la falta de un éxito amplio de la construcción industrializada (Schnaars, 2009).

Hoy en día existe una tendencia global de migración hacia los principales centros urbanos. Las Naciones Unidas en 2009, y la Organización Internacional para las Migraciones en 2015, estimaron que alrededor de 3 millones de personas se mudan a las ciudades cada semana. Aproximadamente el 54% de las personas en todo el mundo viven ahora en ciudades, frente al 30% de 1950. Las fuentes estiman que esto aumentará a 2/3 de la población mundial en los próximos 15 a 30 años. Más de la mitad de los habitantes urbanos vive en una de las 1.022 ciudades con más de 500.000 habitantes que existen hoy. Actualmente hay 29 megaciudades con una población de más de 10 millones de habitantes, en comparación con 2 en 1950, y se prevé que crezca a entre 41 y 53 para 2030. Además, hay 468 ciudades con una población de más de 1 millón de habitantes, frente a las 83 de 1950.

En este contexto, resulta inmediato entender que la necesidad de vivienda urbana es cada vez mayor, y debido a la escaza disponibilidad de suelo urbano esta demanda se traduce principalmente en demanda por viviendas de acomodación vertical (edificios), que se suma a la también creciente demanda por espacios comerciales, administrativos y de oficinas en edificios altos, debido también a la concentración de población humana en los centros urbanos.

Ante este escenario la necesidad de construir edificios más rápido, de manera segura y económica se vuelve prioritario. En respuesta a la convergencia de situaciones expuestas, se observan en la industria de la construcción y arquitectura crecientes esfuerzos de comercialización e l+D en torno a las técnicas y tecnologías de edificación prefabricada y/o modular, y específicamente se ven esfuerzos por superar los actuales límites de altura segura para construcciones con módulos prefabricados, especialmente en zonas con sísmicas. Es en este contexto que nace la presente invención, un sistema y método para construir edificios con módulos prefabricados, a través de un novedoso sistema de ensamblaje que permite superar las actuales barreras de altura de la edificación modular, sumando elemento de seguridad a sus características de rapidez y bajo costo.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR

El documento US7444793B2 divulga un método para construir edificios de hormigón con núcleo de corte en los que se construye una estructura de erección de acero que tiene columnas y vigas de acero. La estructura de erección de acero está hecha de segmentos preensamblados que incluyen una barra de refuerzo de acero para el núcleo de corte de hormigón. Una estructura de acero periférica también se construye y se arman los suelos de acero, soportada de manera colaborativa por la estructura de erección de acero y la estructura periférica. Se ubican encofrados en función de las barras de refuerzo de acero y - al menos parte de - la estructura de erección de acero. Se vacía concreto (hormigón) en el volumen definido por los encofrados para construir una porción del núcleo de corte de hormigón. En una realización preferida, las columnas verticales de los subconjuntos de montaje de acero están dispuestos entre los encofrados de tal modo que estas columnas también están sustancialmente incrustadas en el hormigón.

El documento US3721056A describe un sistema de enmarcado modular factible de ser usado para construir horizontal y/o verticalmente de acuerdo al tamaño y configuración predeterminada. Consta de una pluralidad de estructuras terrestres verticalmente organizadas, y cada estructura terrestre tiene medios para permitir que la estructura terrestre funcione del mismo modo que la superficie terrestre de una edificación. Consta de una pluralidad de columnas verticales que se proyectan hacia arriba desde el suelo y las columnas se relacionan con vigas para ir sosteniendo las estructuras de suelo verticalmente distanciadas. El conjunto de columnas y estructuras de suelo se adapta para recibir al menos una unidad central ¡nsertable (módulo) entre cada par de estructuras de suelo espaciadas, de modo que permita que cada unidad central insertada se conecte a una estructura de suelo del mismo modo en que se conectaría normalmente a la superficie del suelo.

El documento US20190249414A1 divulga métodos y aparatos para facilitar la construcción de una edificación usando unidades de construcción prefabricadas, cada una teniendo una superficie exterior superior y una pluralidad de superficies de muro verticales, donde al menos algunas de las unidades de construcción prefabricadas tienen al menos una estructura de encofrado hueco para pilares. Las unidades de construcción prefabricadas se instalan sobre una base en un sitio de construcción. Un primer piso de la edificación se crea al organizar de manera adyacente unas con otras una pluralidad de las unidades de construcción prefabricadas sobre dicha base. Material estructural de soporte es aplicado para llenar las estructuras de encofrados huecos para pilares, para crear pilares estructurales conectados a la cubierta estructural. Material estructural de soporte es aplicado a la superficie exterior superior de las unidades de construcción prefabricadas adyacentes para crear una única cubierta estructural sobre las unidades de construcción prefabricadas. El proceso se puede repetir vahas veces una capa sobre otra.

El documento CA2853511 C presenta métodos de construcción de edificaciones modulares. Un método incluye proveer un primer módulo de construcción volumétrico que comprende un enmarcado; el enmarcado incluye un primer segmento, que define un volumen de un segmento compuesto, e integrar el primer segmento con el volumen; y llenar el volumen con un material curable para que se forme el segmento compuesto. Se describe también una columna en la edificación modular, la columna comprende una sección esquina de poste de un módulo de construcción volumétrica y elementos de refuerzo que le permiten conectarse con otras columnas y/o estructuras.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

El presente invento divulga un innovador sistema y método de edificación prefabricada modular en altura, con columna de conexión desfasada, que permite construir edificaciones estructuralmente más seguras de mayor altura a las actuales, usando los mismos materiales actualmente usados. El sistema consiste en un conjunto de módulos habitables prefabricados, columnas prefabricadas que son más altas que la altura de los pisos de la edificación, y medios de conexión para conectar módulos con módulos, columnas con columnas, y módulos con columnas.

La característica más relevante del invento es que las conexiones entre columnas (prefabricadas) están desfasadas respecto de las uniones entre módulos o pisos de la edificación, por lo que las columnas son de una altura mayor que la altura de cada piso de la edificación. En algunas realizaciones la altura de los módulos es igual a la altura de cada piso de la edificación, ya que cada nivel de módulos descansa directamente sobre el nivel anterior de módulos, por lo que la altura de cada piso de la edificación es precisamente la misma altura de los módulos. En otras realizaciones, en las que hay además vigas entre cada nivel de módulos, la altura los pisos de la edificación es igual a la suma de la altura de cada módulo y la altura de las vigas. En cualquiera de estos casos, la característica inmodificable del sistema es que la altura de las columnas es mayor a la altura de cada piso. De este modo, las uniones entre columnas (una sobre otra) no coinciden con la línea de unión entre módulos de dos niveles, ni con la línea que separa dos niveles de módulos, o dos pisos de la edificación. De este modo se evita que el esfuerzo cortante ejercido sobre las columnas a la altura de la línea que existe entre cada piso de la edificación, producto de movimientos horizontales de la edificación durante movimientos sísmicos que tienden a desalinear horizontalmente los módulos sobrepuestos, coincida con las uniones entre columnas. En algunas realizaciones los medios de conexión entre columnas, entre los módulos y entre módulos y columnas son sistemas del tipo perno y tuerca. En otras realizaciones son sistemas del tipo encaje macho-hembra, del tipo encaje macho- macho con una camisa hembra, del tipo encaje hembra-hembra con un conectar macho, o una combinación de los tipos anteriores.

Dicho lo anterior, la invención también describe el método de edificación usando los elementos del sistema anteriormente mencionados. El método comprende los siguientes pasos;

(a) instalar sobre cimientos un primer grupo de columnas;

(b) instalar entre el primer grupo de columnas un primer nivel de al menos un módulo habitable prefabricado, que define el primer piso de la edificación;

(c) conectar el al menos un módulo habitable prefabricado del primer nivel, a las columnas, y entre módulos;

(d) instalar un siguiente grupo de columnas sobre el anterior grupo de columnas;

(e) conectar cada columna del más reciente grupo de columnas, a la columna del anterior grupo de columnas sobre la que está posicionada;

(f) instalar entre las columnas un siguiente nivel de al menos un módulo habitable prefabricado;

(g) conectar el al menos un módulo habitable prefabricado del nivel más reciente de módulos, a las columnas, y entre módulos; y

(h) repetir secuencialmente los pasos (d), €, (f) y (g) hasta completar la edificación con la cantidad de pisos deseados.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA FIGURAS

Es importante indicar que las figuras sólo actúan como elementos de apoyo para una mejor comprensión de la invención, sin que ellas representen los componentes a una escala real o proporcional. La invención tampoco puede verse limitada sólo a lo que aparece en las figuras, pues ellas representan, en una forma pedagógica, los elementos trascendentes del sistema y método de edificación prefabricada modular en altura, con columna desfasada, y pueden no incluirse elementos que son de conocimiento general en el estado de la técnica. Así entonces, se tienen las siguientes figuras:

La Figura 1 muestra una imagen en perspectiva de una grúa instalando un módulo habitable prefabricado (1 ) entre columnas prefabricadas (2).

La Figura 2 muestra una imagen en perspectiva de módulos habitables prefabricados (1 ) instalados entre columnas prefabricadas (2), sobre cimientos (3).

La Figura 3 muestra una relación esquemática de columnas prefabricadas (2) de diferentes alturas en relación a la altura de módulos habitables prefabricados (1 ) en una edificación de cinco pisos.

La Figura 4 muestra la conexión tipo macho-hembra de columnas prefabricadas (2) con un elemento de conexión hembra tipo columna camisa (4).

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Para una mejor comprensión del presente invento, es necesario entregar las siguientes definiciones, las que sólo deben ser entendidas como elementos que ayudan a una mejor comprensión de las características técnicas particulares en este campo técnico.

Como se utiliza en el presente invento, el término “columna de conexión desfasada” corresponde a a una columna compuesta por una pluralidad de columnas prefabricadas, unidas entre ellas una sobre otra de modo tal que sus uniones con coinciden con la altura de cada piso de la edificación, ni con la unión entre módulos que están posicionados uno sobre otro.

Como se utiliza en el presente invento, el término “piso” corresponde a el espacio habitable sobre cada una de las superficies horizontales de las que consta un edificio. Como se utiliza en el presente invento, el término “edificación en altura” corresponde a edificaciones de tres o más pisos de altura.

Como se utiliza en el presente invento, el término “perfil H” corresponde a a un tipo de perfil presente elementos estructurales largos, normalmente de acero y utilizados generalmente en construcción como vigas y columnas, cuyo perfil tiene forma de H, a veces también denominado perfil I o, en países angloparlantes, perfil W (doble U).

Como se utiliza en el presente invento, el término “encaje macho-hembra” corresponde a un sistema de conexión colaborante entre dos partes, que consiste en unirlas de forma que el saliente de una se inserte en la ranura u orificio de la otra.

Como se utiliza en el presente invento, el término “columna camisa” corresponde a un elemento de conexión de forma alargada que actúa de elemento “hembra” en un sistema de unión tipo encaje macho-hembra, conteniendo a al menos una columna.

La Figura 1 muestra una imagen en perspectiva de una grúa instalando un módulo habitable prefabricado (1 ) sobre una edificación construida con una pluralidad de módulos habitables prefabricados, entre columnas prefabricadas (2). Como se aprecia en esta figura, se trata de una realización en la que no todos los módulos son de igual forma y tipo.

La Figura 2 muestra una imagen en perspectiva de cinco módulos habitables prefabricados (1 ), todos de igual tipo e igual tamaño, de los cuales cuatro están instalados entre nueve columnas prefabricadas (2), todas ellas de igual tipo e igual tamaño, que están instaladas sobre los cimientos (3) de la edificación, y uno de los módulos (1 ) está sobre uno de los cuatro módulos (1 ) ya instalados, sobre el cual se montará. En esta figura se aprecia que los módulos (1 ) miden X de altura, mientras que las columnas (2) miden 1 ,38X de altura, de modo que al apilarse módulos (1 ) unos sobre otros para formar los pisos de la edificación, y se apilen columnas (2) para ir formando una columna mayor, las conexiones entre columnas (2) no coincidirán con las líneas de inicio de cada piso de la edificación.

La Figura 3 muestra una relación esquemática de columnas prefabricadas (2) de cuatro alturas diferentes, y su relación con la altura de cinco módulos habitables prefabricados (1 ) que forman una edificación de cinco pisos, donde se aprecia que debido a las alturas mayores que tienen las columnas (2) respecto de la altura de cada piso de la edificación, las conexiones entre columnas prefabricadas (2) montadas una sobre otra, no coinciden con las líneas de inicio de cada piso.

La Figura 4 muestra la conexión tipo macho-hembra de columnas prefabricadas (2) con un elemento de conexión tipo columna camisa (4), donde a modo ejemplar y de acuerdo a una de las realizaciones preferidas de la invención, se trata de columnas prefabricadas (2) de perfiles de acero tipo H, y su respectivo elemento de conexión tipo columna camisa (4) con una forma colaborante tipo perfil H en negativo, o hembra.

Como se puede apreciar, la presente invención presenta una ventajosa innovación que mejora la seguridad estructural de las edificaciones prefabricadas modulares en altura, fácilmente implementable, incluso aplicable a los sistemas ya existentes, sin incurrir en costos adicionales.