ESTRUCTURA AUTOTENSADA PARA PUENTE DE MATERIAL COMPUESTO.

Estructura autotensada para puente de material compuesto, preferentemente material compuesto de polímero reforzado con fibra,

portante, que comprende un entramado de láminas o tirantes cuyas dimensiones externas vienen delimitadas por la longitud del puente en función del vano a cubrir y por la separación entre apoyos

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200802147.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE GRANADA.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: GRANADA.

Inventor/es: CHIACHIO RUANO,MANUEL, CHIACHIO RUANO,JUAN, RUS CALBORG,GUILLERMO.

Fecha de Solicitud: 11 de Julio de 2008.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 21 de Febrero de 2011.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • E01D1/00 SECCION E — CONSTRUCCIONES FIJAS.E01 CONSTRUCCION DE CARRETERAS, VIAS FERREAS O PUENTES.E01D PUENTES (pasarelas que unen el edificio terminal y la aeronave para el embarque o el desembarque de pasajeros B64F 1/305). › Puentes en general (caracterizados por su tipo de estructura E01D 4/00 - E01D 15/00).
  • E01D11/02 E01D […] › E01D 11/00 Puentes suspendidos o soportados por cables. › Puentes suspendidos.
  • E01D11/04 E01D 11/00 […] › Puentes soportados por cables.
  • E01D19/16 E01D […] › E01D 19/00 Detalles de puentes. › Cables de suspensión; Pinzas de cable para cables de suspensión.

Clasificación PCT:

  • E01D1/00 E01D […] › Puentes en general (caracterizados por su tipo de estructura E01D 4/00 - E01D 15/00).
  • E01D11/02 E01D 11/00 […] › Puentes suspendidos.
  • E01D11/04 E01D 11/00 […] › Puentes soportados por cables.
  • E01D19/16 E01D 19/00 […] › Cables de suspensión; Pinzas de cable para cables de suspensión.

Fragmento de la descripción:

Estructura autotensada para puente de material compuesto.

Sector de la técnica

Esta invención se ubica en el sector de la ingeniería civil, concretamente en el de la construcción de puentes o pasarelas y más concretamente en los de tipo colgante, suspendido o atirantado. También está relacionada con el sector de los materiales de construcción, en particular materiales compuestos de polímero.

Estado de la técnica

La concepción básica de cualquier puente o pasarela se basa en estructuras con alta rigidez a la flexión, esencialmente mediante vigas que habitualmente van apoyadas pero que en ocasiones van suspendidas (pasarelas y puentes colgados o atirantados).

Para conseguir que estas estructuras tengan suficiente rigidez a flexión se hace preciso un considerable espesor en las mismas, lo que consecuentemente requiere una gran aportación de material, un elevado peso, una merma en la esbeltez y un impacto estético, factores estos que interesa mejorar.

Por otro lado, fuera del ámbito de la ingeniería civil son conocidos los materiales compuestos de polímero reforzado con fibra, usualmente de carbono o vidrio, que se caracterizan por su gran ligereza, alta rigidez y límite de rotura, y por su rapidez y versatilidad de despliegue y diseño. Hasta la fecha estos materiales se han utilizado en estructuras aeronáuticas, deportes, náutica y automoción, en construcción como refuerzo y en unas pocas experiencias piloto a nivel mundial para construcción de puentes, aunque siempre con tipologías muy distintas a la aquí propuesta [Composite Structures for Civil and Achitectural engineering, D.-H. Kim, E & FN Spon, 1995].

Explicación de la invención Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una estructura portante que ha sido especialmente concebida para ser utilizada como puente, pasarela o cualquier otro elemento sometido a carga útil con el que deba salvarse un vano. El objeto de la invención es conseguir una estructura con una mejor relación espesor/longitud (esbeltez), ligereza, menor peso unitario (peso/longitud) y con una estética totalmente revolucionaria en este ámbito.

Descripción de las Figuras

Figura 1.- Representación esquemática en perspectiva de los componentes que integran la estructura portante para el puente o pasarela. Se distinguen arriba el tablero (T), a continuación el elemento de unión tablero-estructura (U), a continuación la estructura formada por el entramado de láminas o tirantes (E), sostenida por unos elementos de apoyo o pilonos (P) con su correspondiente cimentación.

Figuras 2 y 3.- Muestran dos alternativas de disposición de los elementos del entramado estructural, secuenciando de arriba abajo la progresiva adición de elementos hasta acomodarse a la longitud/ancho del puente o pasarela, de modo que se cumpla con la condición de hiperestatismo tridimensional.

Figuras 4, 5 y 6.- Planta, sección longitudinal y sección transversal, respectivamente, de un puente construido según esta invención.

Estas figuras deben entenderse con carácter ilustrativo y no limitativo.

Resumen de la invención

La invención consiste en utilizar una estructura autotensada, preferentemente fabricada en material compuesto de polímero reforzado con fibra, para construir un puente o pasarela (u otro elemento sometido a carga útil con el que salvarse un vano) a cuyo efecto dicha estructura es portante, es decir soporta las cargas gravitatorias de uso además de las cargas asociadas a su propio despliegue, haciéndolo con una deformabilidad admisible para su función útil.

Concretamente, la estructura comprende un entramado de láminas o tirantes de polímero reforzado con fibra según la disposición descrita en las Figuras 2 y 3, cuyas dimensiones externas vienen delimitadas por la longitud del puente en función del vano a cubrir y por la separación entre apoyos, unidos preferentemente por encolado, y tensados mediante control de las longitudes en el montaje y la tensión debida a al transmisión del peso propio. Para que dicha estructura ejerza su función, el entramado de láminas (E, en la figura 1) ha de combinarse con un tablero (T) y con unos soportes o pilonos (P) que transmiten las cargas resultantes al terreno mediante una cimentación adecuada (P) que ejerce las funciones de estribo del puente. El tablero o zona de paso (o carga) (T) está unido a la estructura mediante cualquier elemento separador, preferentemente un costillar (U) formado por perfiles con sección en I, unidos preferentemente por encolado.

El reemplazo de materiales tradicionales por Polímero Reforzado con Fibra (FRP) mejora la esbeltez con la que se puede construir un puente. La presente tipología mejora respecto a otras tipologías utilizadas para FPR, la esbeltez del puente, gracias a que la tipología aprovecha óptimamente el material, manteniendo los criterios de seguridad y servicio, traduciéndose además este hecho en una reducción de coste de materiales.

Descripción detallada de la invención

La invención consiste en disponer un total de e=9+6n ó e=4+6n elementos laminares de material compuesto, donde n es el número de adiciones por ambos laterales de parejas de triadas de barras, en la siguiente disposición y secuencia, con lo cual se consigue el objetivo de que trabajen exclusivamente a tracción, de forma que transmitan las cargas propias y de servicio, tensionándose y deformándose de forma adecuada para cumplir con las exigencias de seguridad y funcionalidad.

La estructura con e=9+6n (Figura 2) elementos comprende:

• Cuatro elementos, E10, E20, E30, E40, que unen el nudo N10 con los cuatro apoyos N1P, N2P, N3P, N4P que se corresponden con los pilares.

• Cuatro elementos, E50, E60, E70, E80, que unen el nudo N20 hasta los cuatro apoyos N1P, N2P, N3P, N4P

• Un elemento transversal E90 que une los nudos N10 y N20, cuya longitud será, de forma preferente, aproximadamente la mitad del ancho del tablero o zona de paso (T, en la Figura 1).

• n triadas de elementos, E1n, E2n, E3n, que unen el nudo N1n con los nudos N1P, N3P, y el nudo N1(n-1), y n triadas de elementos E4n, E5n, E6n, que unen el nudo N2n con los nudos N2P, N4P y el nudo N2(n-1), respectivamente, hasta cubrir la longitud necesaria del puente.

La estructura con e=4+6n elementos comprende:

• cuatro elementos E10, E20, E30, E40, que unen el nudo N10 con los cuatro apoyos N1P, N2P, N3P, N4P que se corresponden con los pilares.

• n triadas de elementos, E1n, E2n, E3n, que unen el nudo N1n con los nudos N1P, N3P, y el nudo N1(n-1), y n triadas E4n, E5n, E6n, que unen el nudo N2n con los nudos N2P, N4P y el nudo N2(n-1), respectivamente, hasta cubrir la longitud necesaria del puente.

La separación entre apoyos (N1P-N3P, o N2P-N4P, en las Figuras 2, o 3), se calculará igualmente por dichos criterios, y resulta del orden de entre dos veces el ancho del tablero y dos tercios de la longitud del vano del puente.

El procedimiento de construcción de la estructura es el siguiente:

En la alternativa e=9+6n (Figura 2):

• En primer lugar se disponen los cuatro elementos E10, E20, E30, E40, desde el nudo N10 hasta los cuatro apoyos N1P, N2P, N3P, N4P que se corresponden con los pilares (Figura 2).

• Se disponen además otros cuatro elementos de modo especular a los anteriores, E50, E60, E70, E80, desde el nudo N20 hasta los mismos apoyos, y se añade un elemento transversal E90 entre los nudos N10 y N20 (Figura 2), cuya longitud será aproximadamente la mitad del ancho del tablero.

• Se disponen adicionalmente, con n=1, una pareja simétrica de triadas de elementos, E11, E21, E31, desde el nudo N11 hasta los nudos N1P, N3P, y el centro de la estructura, y la triada E41, E51, E61, desde el nudo N21 hasta los nudos N2P, N4P y el centro, respectivamente (Figura 2).

• Esta adición se repite el número necesario de veces n, con las triadas de elementos, E1n, E2n, E3n, desde el nudo N1 n hasta los nudos N1P, N3P, y el nudo N1(n-1), y la triada E4n, E5n, E6n, desde el nudo N2n hasta los nudos N2P, N4P y el nudo N2(n-1), respectivamente, hasta cubrir la longitud necesaria del puente (cuarta viñeta y sucesivas de la Figura 2).

De forma alternativa, los e=4+6n elementos de la segunda posibilidad, se dispondrían de la siguiente manera (Figura 3):

• En primer lugar se disponen los cuatro elementos E10, E20, E30,...

 


Reivindicaciones:

1. Estructura de material compuesto para puente, pasarela, o cualquier otro elemento sometido a carga útil con el que deba salvarse un vano que comprende un entramado (E, figura 1) de láminas o tirantes de material compuesto, caracterizado porque dichas láminas o tirantes se disponen formando una estructura hiperestática tridimensionalmente, sumando un total de 9+6n láminas, donde n es el número de adiciones por ambos laterales de parejas de triadas de barras, dispuestos de la siguiente forma (Figura 2):

• Cuatro elementos, E10, E20, E30, E40, que unen el nudo N10 con los cuatro apoyos N1P, N2P, N3P, N4P que se corresponden con los pilares.

• Cuatro elementos, E50, E60, E70, E80, que unen el nudo N20 hasta los cuatro apoyos N1P, N2P, N3P, N4P.

• Un elemento transversal E90 que une los nudos N10 y N20, cuya longitud será, de forma preferente, aproximadamente la mitad del ancho del tablero o zona de paso (T, en la Figura 1).

• n triadas de elementos, E1n, E2n, E3n, que unen el nudo N1n con los nudos N1P, N3P, y el nudo N1(n-1), y n triadas de elementos E4n, E5n, E6n, que unen el nudo N2n con los nudos N2P, N4P y el nudo N2(n-1), respectivamente, hasta cubrir la longitud necesaria del puente.

2. Estructura de material compuesto para puente, pasarela, o cualquier otro elemento sometido a carga útil con el que deba salvarse un vano que comprende un entramado (E, figura 1) de láminas o tirantes de material compuesto, caracterizado porque dichas láminas o tirantes se disponen formando una estructura hiperestática tridimensionalmente, sumando un total de 4+6n láminas, donde n es el número de adiciones por ambos laterales de parejas de triadas de barras, dispuestos de la siguiente forma (Figura 3):

• cuatro elementos E10, E20, E30, E40, que unen el nudo N10 con los cuatro apoyos N1P, N2P, N3P, N4P que se corresponden con los pilares.

• n triadas de elementos, E1n, E2n, E3n, que unen el nudo N1n con los nudos N1P, N3P, y el nudo N1(n-1), y n triadas E4n, E5n, E6n, que unen el nudo N2n con los nudos N2P, N4P y el nudo N2(n-1), respectivamente, hasta cubrir la longitud necesaria del puente.

3. Estructura de material compuesto para puente o pasarela, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por combinarse con un tablero o zona de paso (o carga) (T, en la Figura 1) que está unido a la estructura mediante cualquier elemento separador (U, en la Figura 1).

4. Estructura de material compuesto para puente o pasarela, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por combinarse además de con dicho tablero, con unos soportes o pilonos (P, en la Figura 1) que transmiten las cargas resultantes al terreno mediante una cimentación adecuada que ejerce las funciones de estribo del puente.

5. Estructura de material compuesto para puente o pasarela, según reivindicación anterior, caracterizada porque los elementos del entramado se cargan con un pretensado conseguido mediante control de las longitudes durante el montaje (o lo que es equivalente, estableciendo una antideformada inicial), sumada a la tensión debida a al transmisión del peso propio, calculada de tal modo que las cargas gravitatorias de uso además de las cargas asociadas a su propio despliegue, induzcan una deformación admisible para su función útil, tanto ante solicitaciones en vacío, como en estados límite de servicio.


 

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