Método y sistema para tensar barras aplicado al refuerzo de elementos estructurales utilizado en el método anterior.

En el método, tras realizar cortes en el elemento estructural (1) de hormigón a reforzar se colocan las barras (2) junto con un primer elemento de reparto de cargas (4) en un primer extremo de las barras (2), y un segundo elemento de reparto de cargas (8) y un elemento de empuje (6) en un segundo extremo. A continuación se inmovilizan los primeros extremos de las barras mediante un anclaje pasivo (3) y los segundos extremos mediante un anclaje activo (5), y se aplica una carga de tracción a las barras (2) mediante un sistema de tracción (7) en los segundos extremos que empuja contra el elemento de empuje (6), inmovilizándose después las barras (2) con medios de pegado

Método y sistema para tensar barras aplicado al refuerzo de 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. Täljsten 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 forflexural 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 cilíndrica 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.

1. Método para tensar barras para el refuerzo de elementos estructurales, caracterizado porque comprende las etapas de

- realización de cortes en el elemento estructural (1) de hormigón a reforzar para la colocación de las barras (2) a tensar,

- colocación de las barras (2) a tensar en los cortes del elemento estructural (1) junto con un primer elemento de reparto de cargas (4) para el elemento estructural (1) dispuesto en un primer extremo de las barras (2), y un segundo elemento de reparto de cargas (8) para el elemento estructural (1) y un elemento de empuje (6) dispuestos en un segundo extremo de las barras (2),

- anclaje de los extremos de las barras (2) para inmovilizar éstos mediante un anclaje pasivo (3) en los primeros extremos de las barras (2) y un anclaje activo (5) en los segundos extremos de las barras (2),

- aplicación de una carga de tracción a las barras (2) mediante un sistema de tracción (7) en los segundos extremos de las barras (2), que empuja contra el elemento de empuje (6),

- inmovilización de las barras (2) mediante la aplicación de medios de pegado a lo largo de toda su unión al elemento estructural (1) de hormigón,

- y retirada del sistema de tracción (7) y del elemento de empuje (6) contra el que empuja el sistema de tracción (7).

2. Método para tensar barras para el refuerzo de elementos estructurales, según la reivindicación 1, caracterizado porque entre la etapa de aplicación de una carga de tracción a las barras (2) y la etapa de inmovilización de dichas barras (2), se realiza una inmovilización del sistema de tracción (7) y del elemento de empuje (6) contra el que empuja el sistema de tracción mediante al menos un suplemento de bloqueo (9) que bloquea el elemento de empuje (6) contra el que empuja el sistema de tracción (7) en una posición determinada para evitar desplazamientos y pérdida de carga en dicho sistema de tracción (7).

3. Método para tensar barras para el refuerzo de elementos estructurales, según cualquiera de las reivindicaciones, caracterizado porque entre la etapa de realización de cortes en el elemento estructural (1) y la etapa de colocación de las barras (2) a tensar en dicho elemento estructural (1) se realiza una limpieza de los cortes realizados mediante un fluido a presión.

4. Sistema para tensar barras para el refuerzo de elementos estructurales, utilizado en el método de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende

- un anclaje pasivo (3) para el anclaje de los primeros extremos de las barras (2),

- un anclaje activo (5) para el anclaje de los segundos extremos de las barras (2),

- un sistema de tracción (7) para la aplicación de una carga de tracción, dispuesto en los segundos extremos de las barras (2), el cual empuja contra

- un elemento de empuje (6), el cual recibe el empuje del sistema de tracción (7) sin sufrir deformaciones, comprendiendo adicionalmente el sistema para tensar barras

- un primer elemento de reparto de cargas (4) para el elemento estructural (1) dispuesto en un primer extremo de las barras (2),

- y un segundo elemento de reparto de cargas (8) para el elemento estructural (1) dispuesto en un segundo extremo de las barras (2).

5. Sistema para tensar barras para el refuerzo de estructuras, según la reivindicación 4, caracterizado porque adicionalmente comprende 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 en el sistema de tracción (7).

6. Sistema para tensar barras para el refuerzo de elementos estructurales, según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 5, caracterizado porque el sistema de tracción (7) consiste en un gato hidráulico, el cual comprende a su vez un manómetro y un cilindro hidráulico.

7. Sistema para tensar barras para el refuerzo de elementos estructurales, según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el anclaje pasivo (3) comprende una sección cilíndrica que comprende en su interior medios de pegado, introduciéndose el primer extremo de las barras (2) en la sección cilíndrica y quedando fijado en ésta una vez endurecidos los medios de pegado.

8. Sistema para tensar barras para el refuerzo de elementos estructurales, según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el anclaje pasivo (3) comprende medios de pegado dispuestos en el primer extremo de las barras (2) que lo fijan directamente al elemento estructural (1) de hormigón.

9. Sistema para tensar barras para el refuerzo de elementos estructurales, según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque el anclaje activo (5) comprende una sección cilíndrica que comprende en su interior medios de pegado, introduciéndose el primer extremo de las barras (2) en la sección cilíndrica y quedando fijado en ésta una vez endurecidos los medios de pegado.

10. Sistema para tensar barras para el refuerzo de elementos estructurales, según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado porque el elemento de empuje (6) es rígido y recibe el empuje del sistema de tracción (7) sin sufrir deformaciones, y porque dicho elemento de empuje (6) presenta taladros (10) y ranuras (11) que permiten el paso de las barras (2) a través de éste.