Inventos patentados en España.

Inventos patentados en España.

Inventos patentados en España en los últimos 80 años. Clasificación Internacional de Patentes CIP 2013.

DOVELA RESISTENTE AL FUEGO, PARA TUNELES Y SIMILARES, Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACION DE LA MISMA.

Patente de Invención. Resumen:

Dovela resistente al fuego, para túneles y similares y procedimiento de fabricación de la misma.

La dovela, para su utilización en túneles, pozos e incluso falsos túneles, se caracteriza por presentar una estructura multi-capa obtenida en una sola fase en un molde, comprendiendo un capa de hormigón poroso de áridos ligeros artificiales

(3) en el intradós, y una capa de hormigón auto-compactable de altas prestaciones (2) hacia el extradós. La capa de hormigón poroso (3) es resistente a la acción de fuego durante el tiempo necesario para preservar la integridad estructural de la dovela, de manera que en base a su bajo peso y baja rigidez no induce solicitaciones mecánicas adicionales significativas sobre la estructura, mientras que su baja conductividad térmica retarda el calentamiento de la capa de hormigón auto compactable (2), preservando su función estructural.

Solicitante: DRAGADOS, S.A..

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: MADRID.

Inventor/es: FERNANDEZ LUCO,LUIS, BOSCH CANTALLOPS,BARTOLOME CARLO, RIO SUAREZ,OLGA.

Fecha de Solicitud: 14 de Junio de 2006.

Fecha de Publicación de la Concesión: 22 de Julio de 2010.

Fecha de Concesión: 8 de Julio de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes: E21D11/08 (..con placas de hormigón prefabricadas), E21D11/00 (Revestimiento de túneles o galerías u otras cavidades subterráneas, p. ej. grandes cámaras subterráneas; Revestimientos a este efecto; Ejecución de tales revestimientos "in situ", p. ej. por ensamblaje (15/00 a 23/00 tienen prioridad; especialmente para pozos 5/00; revestimientos de galerías de agua a presión, revestimientos a este efecto E 02 B 9/06) [2]).

Clasificación PCT: E21D11/08 (..con placas de hormigón prefabricadas), E21D11/00 (Revestimiento de túneles o galerías u otras cavidades subterráneas, p. ej. grandes cámaras subterráneas; Revestimientos a este efecto; Ejecución de tales revestimientos "in situ", p. ej. por ensamblaje (15/00 a 23/00 tienen prioridad; especialmente para pozos 5/00; revestimientos de galerías de agua a presión, revestimientos a este efecto E 02 B 9/06) [2]).

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DOVELA RESISTENTE AL FUEGO, PARA TUNELES Y SIMILARES, Y PROCEDIMIENTO DE FABRICACION DE LA MISMA.
Descripción:

Dovela resistente al fuego, para túneles y similares, y procedimiento de fabricación de la misma.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una dovela resistente al fuego, para túneles y similares, con una estructura multicapa, es decir, tipo sándwich, que presenta la particularidad de obtenerse por moldeo en una sola fase.

El objeto de la invención es proporcionar una dovela con elevada resistencia a las temperaturas originadas por fuego, con un mínimo o nulo riesgo de colapso, ofreciendo además buenas características de absorción acústica.

Es igualmente objeto de la invención el correspondiente procedimiento de fabricación de la dovela, basado en el vertido y compactado de una capa de hormigón poroso y sobre él el vertido de una capa de hormigón auto-compactable de altas prestaciones.

La dovela de la invención es aplicable tanto a túneles ferroviarios y de carreteras ejecutadas mediante máquinas tuneladoras de cualquier tipo y dimensión, como en pozos ejecutados mediante dovelas de hormigón, y en falsos túneles ferroviarios o de carretera ejecutados mediante elementos prefabricados.

Antecedentes de la invención

La construcción de túneles está íntimamente relacionada con el uso de dovelas prefabricadas como elemento estructural fundamental, de manera que las crecientes exigencias relativas a las prestaciones efectivas de las dovelas, tanto a nivel nacional como europeo, conducen a la necesidad de diseñar dovelas compuestas por más de un material, constituyendo verdaderos sistemas híbridos.

Una de las situaciones de riesgo para la integridad estructural de las dovelas es la acción del fuego. Aunque la actitud del hormigón para resistir la acción del fuego es un factor reconocido, el material se degrada progresivamente ante la acción prolongada de altas temperaturas.

Se denomina resistencia al fuego de un túnel, al tiempo durante el cual los elementos de construcción pueden desempeñar el papel que les corresponde, a pesar de la acción del incendio. En el caso concreto del hormigón, este comienza a perder su resistencia a 200ºC, de manera que a 500ºC ha perdido más de la mitad de su resistencia a la tracción y compresión. Además, la presión de vapor aumenta cuando la humedad contenida en sus poros es calentada, lo que inevitablemente conduce al estallido de las capas de hormigón con un efecto explosivo, produciendo el colapso del mismo.

Actualmente las dovelas convencionales ofrecen una baja resistencia al fuego, ya que la cara vista del hormigón (intradós) se degrada rápidamente poniendo en peligro la integridad de la estructura. Además, las consecuencias que tienen lugar son irreversibles, siendo necesaria una inmediata reparación de las mismas.

Por consiguiente, se trata de por una parte minimizar la temperatura a alcanzar con el hormigón estructural y por la armadura que aloja en su interior, y por otra parte reducir o eliminar el peligro de explosión y consecuente pérdida de sección provocada por la formación de presión en el interior del hormigón.

Otro problema de las dovelas convencionales es la degradación superficial y ataque a la armadura, ya que las condiciones ambientales que tienen lugar en el interior del túnel son, en cualquier caso, adversas.

La temperatura y humedad, y la posible presencia de agentes químicos, combinados con la aparición de fisuras provenientes de la solicitación mecánica de las dovelas, hace que tenga lugar el fenómeno de la corrosión, fenómeno perjudicial para el correcto funcionamiento de las armaduras.

Igualmente las dovelas convencionales presentan el problema de ofrecer unas malas condiciones acústicas, ya que una vez endurecidas son sometidas a un proceso de acabado de superficie con vistas a asegurar la regularidad requerida en cada caso, de manera que teniendo en cuenta que las superficies vistas de las dovelas se acaban con una llana, pasando posteriormente un cepillo, dicha superficie quedará libre de rayaduras, pero se reduce sustancialmente la capacidad de absorción de las ondas acústicas producidas por los vehículos.

Por otro lado, destaca el hecho de que los moldes que sirven de encofrado para conseguir dovelas tipo sándwich, resultan de elevado costo económico. La complicada geometría y la necesidad de que el hormigón rellene todos los huecos del mismo, dificultado por la presencia de la ferralla, obliga a tener un especial cuidado en su vibrado.

Otro inconveniente se deriva de la necesidad de compactación enérgica por vibrado de los moldes habituales empleados en la fabricación de dovelas, lo que exige elevados grados de rigidez para conseguir una distribución homogénea de la energía, sin nodos o zonas ciegas.

Por consiguiente, resulta interesante estudiar minuciosamente la manera de proteger la estructura de la acción del fuego con el fin de aumentar su resistencia al mismo, debido al alto coste que supone.

Métodos que habitualmente se emplean son los siguientes:

- Aumento de espesor del hormigón para aumentar el recubrimiento de las armaduras, lo que supone un enorme coste en caso de elementos prefabricados.
- Morteros proyectados sobre el revestimiento.
- Sustitución de áridos por aditivos ligeros resistentes al fuego, empleo de cemento de alto horno CEM III con alta proporción de escorias o el empleo de fibras de polipropileno con objeto de crear canales de expansión.

La solución habitual consiste en la aplicación de revestimientos sobre la superficie expuesta (intradós), pero es frecuente que se produzcan falta de adherencia y desprendimientos de estos revestimientos, con riesgo creciente conforme aumenta la velocidad de circulación. Desde un punto de vista operativo, la aplicación de un revestimiento sobre la superficie interna del túnel, supone una actividad adicional de realización "in situ", con menores niveles de calidad y control si se compara con la producción de dovelas en planta de prefabricación.

En cualquier caso, las medidas necesarias para proteger el túnel de la acción del fuego, encarecen su construcción, tanto en lo referente al empleo de materiales especiales, como a la mano de obra necesaria para ejecutarlo.

Descripción de la invención

La dovela de la invención viene a resolver la problemática anteriormente expuesta, en base a una solución sencilla pero eficaz. Concretamente la dovela para túneles que se preconiza, está realizada por un material compuesto formado por un hormigón autocompactable de altas prestaciones hacia el extradós, y un hormigón poroso de áridos ligeros artificiales en el intradós.

La solución propuesta o de innovación da lugar a una serie de efectos ventajosos respecto de la que proporcionan las dovelas convencionales.

Así, el hormigón poroso de árido ligero resiste la acción del fuego durante el tiempo necesario como para preservar la integridad estructural de la dovela. Además, debido al bajo peso y baja rigidez de dicho hormigón poroso no induce solicitaciones mecánicas adicionales significativas sobre la estructura, mientras que su baja conductividad térmica retarda el calentamiento del hormigón auto-compactable, preservando su función estructural.

Además, la unión entre ambos hormigones se asegura por la intrusión del mortero auto-compactable en los poros abiertos del hormigón poroso, no limitándose solamente a un fenómeno de adherencia, sino a una unión mecánica con puentes de unión súper abundantes entre ambos materiales.

En cuanto a las características de los hormigones utilizados, cabe decir que el hormigón auto-compactable presenta su principal característica en estado fresco, siendo capaz de fluir y consolidar bajo su propio peso, rellenando por tanto la totalidad del encofrado, aún en presencia de armadura densa.

Durante el proceso, el hormigón auto-compactable conserva sus propiedades de homogeneidad, no produciéndose disgregación de los materiales que lo componen, no siendo necesaria la vibración adicional del mismo. Para la caracterización del hormigón auto-compactable en el estado fresco, se emplean técnicas y métodos novedosos, lo que supone un elemento adicional para el aseguramiento de la calidad de las dovelas.

Por su parte, el hormigón poroso se ha desarrollado para su utilización en firmes, carreteras y urbanos por sus cualidades de seguridad de circulación (evita el aquaplanning), de manera que el tránsito no se ve afectado por las condiciones climáticas, es decir, que no acumula hielo en su superficie.

En definitiva, los aspectos claves de la innovación correspondiente a la dovela de la invención, son los siguientes:

- Empleo de áridos insensibles a las altas temperaturas.
- Obtención de un hormigón poroso de mínimo peso.
- Utilización de hormigón auto-compactable de altas prestaciones.
- Aprovechamiento de la macro-porosidad abierta para obtener un adecuado anclaje o unión entre ambos materiales u hormigones.

Se trata por lo tanto de una dovela-sándwich construida en una sola fase, en contra de lo que ocurre convencionalmente, en donde las dovelas formadas, por más de una capa, se fabrican construyendo éstas por separado, para unirlas posteriormente mediante el uso de adhesivos o proyectando uno de los materiales sobre la superficie del otro.

En cuanto al procedimiento de fabricación de la dovela referida y correspondiente también al objeto de la invención, se caracteriza por que primeramente se disponen sobre el correspondiente molde, bien prefabricadas o incluidas directamente en este, las correspondientes piezas para cubrir las zonas destinadas a los insertos utilizados posteriormente para anclaje entre dovelas y entre anillos sucesivos. A continuación se vierte una capa de hormigón poroso, sometiéndola a compactado mediante vibración de baja frecuencia o sistema que resulte apropiado. Sobre dicha capa de hormigón poroso compactado o vibrado, se monta una estructura de ferralla con sus separadores y a continuación se vierte hormigón auto-compactable, para finalmente esperar el tiempo que se estime conveniente hasta conseguir el curado del bloque obtenido, que será obviamente la dovela de la invención.

Diseñando adecuadamente la viscosidad del hormigón auto-compactable, es posible regular su intrusión en los poros abiertos del hormigón poroso, constituyendo una unión mecánica que se suma a la adherencia de superficie.

De acuerdo con las características referidas, tanto estructurales como las correspondientes al procedimiento, se consigue una serie de prestaciones que pueden resumirse en las siguientes:

a.- Buenas condiciones resistentes al fuego mediante el empleo de hormigón poroso en masa, ya que éste estará formado por áridos ligeros artificiales y un mortero de alta resistencia que apenas recubre las partículas de árido, consiguiéndose una baja conductividad térmica por la macroporosidad del hormigón poroso y por la porosidad natural de los áridos ligeros empleados. Los áridos ligeros artificiales son esencialmente inertes a las altas temperaturas por su propia naturaleza y características de fabricación, de manera que su presencia en la cara vista de la dovela retarda la elevación de temperatura de la capa estructural (hormigón de altas prestaciones o compactable) y hace que el conjunto tenga la resistencia al fuego necesaria como para preservar la integridad estructural. Por otro lado, su bajo peso y su baja rigidez no originan tensiones adicionales significativas.

También hay que tener en cuenta que al tratarse de hormigón poroso permeable, servirá de material drenante del agua que se filtra a través de la dovela, sus juntas, o el agua que directamente interviene en la interfase de ambos materiales debido a los fenómenos de condensación.

b.- Protección del hormigón estructural mediante el sistema multi-capa.

Teniendo en cuenta que cualquier estructura de hormigón debe tener un recubrimiento tal que evite, ante la aparición fisuras, el afloramiento de las barras que constituyen la armadura, el valor de dicho recubrimiento queda estipulado en la correspondiente normativa, en función de las condiciones ambientales que rodean la estructura. Pues bien, con la dovela sándwich multi-capa objeto de la invención, al recubrimiento marcado por la normativa se le añade espesor debido a la presencia de hormigón poroso ligero, aumentando de esta manera la seguridad ante posibles problemas de corrosión de armaduras.

c.- Mejora de las prestaciones acústicas.

La dovela sándwich de la invención, al incorporar en la superficie hormigón poroso del intradós, ofrece una superficie rugosa y cavernosa, siendo capaz de absorber parcialmente las ondas acústicas emitidas en el interior del túnel, circunstancia esta que favorece el confort de circulación.

d.- hormigón auto-compactable de altas prestaciones.

El uso de hormigón auto-compactable de altas prestaciones, tanto en estado fresco como en estado endurecido, reduce la posibilidad de aparición de coqueras y mejora la actitud de la dovela para resistir la acción de eventuales agentes agresivos.

En cuanto a las características geométricas de dovela, prescindiendo de los puntos de ubicación de los anclajes y de otros puntos singulares, las dimensiones se deben establecer teniendo en cuenta tanto el comportamiento estructural (que determina el espesor del hormigón auto- compactable de altas prestaciones) como el comportamiento al fuego (que determinan la porosidad y espesor del hormigón poroso).

La ventaja de la dovela de la invención, con respeto a recubrimientos aplicados "in situ" por métodos de proyección tradicionales, es que éstos últimos no son capaces de asegurar espesores de menos de 10 cm, en tanto que mediante el proceso de moldeo sucesivo que se propone para obtener la dovela de la invención, es posible un ajuste de espesores basados rigurosamente en los valores buscados, valores que vienen siempre definidos de proyecto de manera que cada uno de los anillos que conformarán el túnel estará formado por dovelas diferentes entre sí, siendo necesario definir las siguientes dimensiones para cada una de ellas: radios interior y exterior de la dovela; amplitud del arco de la misma; desarrollo, pudiendo ser hexagonal, trapezoidal, forma de hueso, espiral, etc, y espesor, de manera que por tratarse de una dovela multi-capa es necesario definir el espesor de cada una de las capas que la componen, pues de él se deduce la capacidad resistente de la dovela al esfuerzo mecánico sin la solicitación del fuego.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, una hoja única de planos en la que con carácter ilustrativo y no limitativo y en su única figura, se ha representado un detalle correspondiente a una parte extrema de una dovela realizada de acuerdo con el objeto de la presente invención, de la que se ha extraído un detalle ampliado para dejar ver la porosidad de una de las capas de hormigón y la densidad de la otra capa de hormigón auto-compactable.

Realización preferente de la invención

Como se puede ver en las figuras referidas, la dovela (1) de la invención, para su utilización en túneles y similares, está constituida mediante dos capas de hormigón (2) y (3), siendo este último un hormigón poroso, mientras que la capa de hormigón (2) es auto-compactable, permitiendo la porosidad de la capa de hormigón (3) la intrusión del mortero correspondiente a la capa de hormigón (2) en aquel, y conseguir una unión mecánica entre ambas capas de hormigón (2) y (3), dovela que finalmente se complementará, como es convencional, con los respectivos recubrimientos (4), tanto inferior como superior, es decir, por el intradós y el extradós.

La capa de hormigón auto compactable (2), de altas prestaciones queda orientado hacia el extradós, mientras que la capa de hormigón poroso (3), de áridos y ligeros artificiales, quede orientado hacia el intradós, según se ve claramente en la figura comentada.




Reivindicaciones:

1. Dovela resistente al fuego, para túneles y similares, que siendo del tipo de las constituidas por más de una capa, se caracteriza porque se materializa por moldeo en una sola fase mediante dos capas de hormigón, estando una de ellas formada por hormigón poroso de áridos artificiales (3), correspondiendo al intradós, mientras que la otra capa está formada por hormigón compactado de altas prestaciones (2), correspondiendo al extradós; estableciéndose entre ambas capas una unión mecánica con puentes de unión entre las mismas, por intrusión del mortero correspondiente de la capa de hormigón auto-compactable (2) en los poros abiertos de la capa de hormigón poroso (3).

2. Procedimiento de fabricación de una dovela resistente al fuego, que correspondiendo dicha dovela a la de la reivindicación 1ª, se caracteriza porque consiste en las siguientes fases operativas:

- Vertido de una capa de hormigón poroso sobre un molde acondicionado adecuadamente con los insertos para cubrir las zonas destinadas a los anclajes entre dovelas y entre anillos sucesivos;
- Compactación mediante un sistema de vibración convencional, de dicha capa de hormigón poroso;
- Colocación de una armadura metálica o ferralla con sus correspondientes separadores sobre la capa de hormigón poroso compacto.
- Vertido de una capa de hormigón auto-compactable sobre la capa de hormigón poroso, y;
- Realización de un proceso de curado convencional en el molde, durante un tiempo preestablecido para obtener finalmente una dovela multi-capa resistente al fuego y con óptimas propiedades acústicas.

3. Procedimiento de fabricación de una dovela resistente al fuego, según reivindicación 2ª caracterizado porque el hormigón poroso, es de áridos ligeros artificiales y resistente a la acción del fuego, para preservar la integridad estructural de la dovela.






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