Sistema de ejecución de vigas mixtas o viguetas de forjados de edificaciones mediante perfiles plegados de acero y otro material unidos mediante conectores conformados en el perfil de acero,

compuestos por perfiles (1) metálicos obtenidos mediante plegado o perfilado de chapas de acero de pequeño espesor, más un tablero (2) superior de otro material, que puede ser hormigón, madera o tablero de fibras y resinas, siendo los perfiles (1) metálicos de formas especiales y llevando incorporados en la propia chapa unos conectores (3) obtenidos mediante cortes, estirado y plegado de la chapa en ciertas zonas de perfil (1) metálico, los cuales se unen al tablero (2) que compone el otro material, y determinando los perfiles (1) metálicos en su diseño una acanaladura (4) que permite su unión a otras vigas (5) o soportes de acero (6) mediante piezas especiales (7, 8 y 9).

Sistema de ejecución de vigas mixtas o viguetas de forjados de edificaciones mediante perfiles plegados de acero y otro material unidos mediante conectores conformados en el perfil de acero.

Sector de la técnica

La presente invención se encuadra en el sector de la construcción de estructuras mixtas de acero y otro material, para su aplicación en estructuras de edificaciones de todo tipo.

Estado de la técnica

La utilización de soportes y de vigas mixtas de acero y hormigón es un procedimiento ampliamente desarrollado en el estado de la técnica.

Para la ejecución de vigas mixtas, se utilizan normalmente perfiles laminados de acero que se unen a una cabeza de hormigón armado a través de "conectores" que se sueldan o clavan al perfil metálico y que quedan embebidos dentro de la cabeza de hormigón para transmitir a éste los esfuerzos necesarios para que el perfil de acero y la masa de hormigón colaboren conjuntamente y obtengan una resistencia mayor que la de cada elemento por separado.

Son menos frecuentes las vigas mixtas que conectan perfiles de acero con piezas o tableros de madera o tableros construidos mediante fibras y resinas. Pese a ello, la utilización de estos materiales para la fabricación de vigas mixtas, como alternativa al hormigón, también es posible siempre que se tenga en cuenta la deformabilidad de los materiales, es decir que el conjunto se diseñe de acuerdo con los módulos de elasticidad de los materiales empleados y con las conexiones suficientes entre uno y otro que garanticen la transmisión de los esfuerzos entre ambos materiales.

Para la ejecución de vigas mixtas, se utilizan normalmente perfiles laminados de acero, que se caracterizan por presentar secciones con suficiente espesor en las diversas partes que componen el perfil. De esta manera los perfiles en "I", que son los habitualmente utilizados están compuestos por dos alas superior e inferior y un alma central que las une. Normalmente el ala superior es la parte del perfil que está conectada con la cabeza de compresión de hormigón, o de otro material, y para ello se utilizan conectores que quedan anclados en el ala superior del perfil de acero mediante soldadura, clavado o cualquier otro procedimiento de sujeción.

Para que la unión entre los conectores y el perfil sea eficaz es preciso que el perfil metálico que se utiliza en la viga mixta posea un ala de suficiente espesor para poder soportar la unión de los anclajes mediante soldadura o clavado. Esta unión resulta difícil cuando se trata de utilizar perfiles abiertos de pequeño espesor, obtenidos mediante el doblado de chapas planas, ya que los conectores que habitualmente se utilizan no se pueden unir al perfil con la resistencia necesaria dado el pequeño espesor de la chapa del perfil.

Para solventar esta dificultad, se plantea la siguiente invención que se describe a continuación y que se pretende aplicar en la construcción de vigas mixtas y viguetas de forjados para todo tipo de edificaciones.

Objeto de la invención

En la presente invención se plantea la construcción de vigas mixtas ó viguetas de forjados de edificios, compuestos por perfiles de acero obtenidos mediante plegado o perfilado de chapas planas de acero de pequeño espesor más un tablero superior de otro material que puede ser hormigón, madera o fibras con resinas. Los perfiles de acero son de formas especiales y llevan incorporados en la propia chapa unos conectores obtenidos mediante cortes, estirado y doblado de la chapa en ciertas zonas del perfil. Estos conectores tienen formas que permiten la conexión del perfil metálico con el otro material, y estas formas dependen de si este material es hormigón, madera o fibras con resinas, para permitir que ambos materiales formen un conjunto de elevada resistencia.

Estos perfiles de acero presentan formas que pretenden optimizar la resistencia global de la sección mixta, resultando un conjunto de una gran ligereza debido tanto a la ligereza del perfil metálico como del tablero superior del otro material, lo cual es posible porque se ha reducido la superficie de contacto entre ambos materiales por la presencia de los conectores integrados en el perfil, de manera que la mayor parte de la sección del perfil de acero se aleja de la cabeza de compresión aumentando así el momento de inercia de la sección mixta. Con esta finalidad los perfiles pueden disponer de diversos pliegues y formas que se detallan más adelante en la descripción del perfil.

Cuando se utiliza hormigón armado para la cabeza comprimida, que es el caso más general, los perfiles metálicos estarán conectados en su parte superior con un tablero de hormigón de poco espesor, lo cual hace que el conjunto sea muy ligero. Las diversas formas que se plantean para los conectores integrados en el perfil metálico en aquellas zonas que están en contacto con el hormigón, responden a la necesidad de encajar estos elementos dentro de la masa de hormigón para que queden anclados en éste y resistan los esfuerzos a que están solicitados. Estos conectores integrados en el perfil se obtienen mediante cortes, estirados y plegados en la chapa metálica que conforma el perfil, y se plantean como bandas cortadas lateralmente, estiradas y dobladas con forma de trapecio o como tiras rectangulares cortadas en tres lados y dobladas con varios pliegues y ángulos según la forma de trabajo del material.

Cuando se utilizan piezas o tableros de madera o fibra con resinas para la cabeza comprimida, los conectores que enlazan el perfil metálico con estos tableros presentan formas similares a las utilizadas en el hormigón pero permiten el clavado sobre los tableros de madera o fibra incluso pueden atravesar todo su espesor sobresaliendo por el otro lado para doblar la parte que sobresale y así unirse firmemente al tablero. La unión entre ambos materiales se puede complementar mediante colas o pegamentos en las superficies en contacto del perfil de acero y el tablero de madera o fibras o de este tablero con otros tableros que se puedan unir al mismo por su parte superior para aumentar el espesor del tablero.

Con todo ello se obtienen dos ventajas principales respecto del estado de la técnica anterior que consisten, en primer lugar, en que se pueden utilizar perfiles metálicos de pequeño espesor para la ejecución de vigas mixtas y viguetas de forjado en estructuras de edificación, ya que, en caso contrario, a estos perfiles metálicos no es posible acoplar conectores externos por el escaso espesor de su chapa y, en segundo lugar, porque con este método se elimina el proceso de colocación de conectores, reduciendo costes, ya que los conectores se encuentran incluidos dentro del diseño del propio perfil.

Descripción de los dibujos

La figura 1 muestra en perspectiva explosionada la disposición del perfil metálico de chapa con sus conectores integrados, el tablero superior de hormigón y las piezas de apoyo y unión con otros elementos de la estructura del edificio (vigas y pilares).

La figura 2 muestra en perspectiva explosionada la distribución del perfil metálico de chapa con sus conectores integrados, el tablero superior de madera o fibras con resina y las piezas de apoyo y unión con otros elementos de la estructura del edificio (vigas y pilares).

La figura 3, muestra en sección la geometría básica del perfil de acero con un plano superior dotado de conectores para su unión con el otro material.

La figura 4, muestra en sección una variante de la geometría básica del perfil de acero, que incorpora un ensanchamiento en cuello de botella invertido situado en su parte superior para permitir la colocación de una armadura interior de acero cuya misión es aumentar la resistencia a fuego del conjunto.

La figura 5, muestra en sección una variante de la geometría básica del perfil de acero, ampliado éste en su parte superior para que disponga de más planos con conectores para su unión con el otro material.

La figura 6, muestra en sección una variante de la geometría básica del perfil de acero, donde se han doblado hacia arriba las alas de su parte inferior con un cierto ángulo que deja unos canales laterales donde se pueden alojar instalaciones a la vez que se consigue un efecto estético en la viga cuando queda vista.

La figura 7, muestra en perspectiva uno de los tipos de conectores que se pueden utilizar para conectar el perfil de acero con tableros de hormigón, en concreto es un conector formado por bandas de chapa trapezoidales.

La...

1. Sistema de ejecución de vigas mixtas ó viguetas de forjados de edificaciones mediante perfiles plegados de acero y otro material unidos mediante conectores conformados en el perfil de acero, compuestos de un perfil (1) de chapa de acero doblada con una configuración que permite su conexión estructural para formar una viga mixta con un tablero (2) colocado sobre el perfil (1), que puede ser de hormigón, madera o de fibras con resina, caracterizado porque el perfil (1) de chapa de acero contiene, conformados sobre él mismo, en ciertas zonas, y ubicados regularmente a lo largo de su eje longitudinal, unos conectores (3) para su unión al tablero (2) del otro material, componiéndose los conectores (3) de bandas de chapa del propio perfil (1), separadas de éste y orientadas en paralelo o con ángulos pequeños respecto del eje longitudinal del perfil (1), quedando unidas estas bandas de chapa al perfil (1) de acero en uno o en ambos de sus extremos y separadas del plano de la cara del perfil (1) donde se encuentran ubicados, mediante cortes, estirado y doblado, para que tales bandas queden integradas dentro del tablero (2) del otro material y puedan transmitir los esfuerzos necesarios entre ambos materiales.

2. Sistema de ejecución de vigas mixtas ó viguetas de forjados de edificaciones mediante perfiles plegados de acero y otro material unidos mediante conectores conformados en el perfil de acero, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el perfil (1) de chapa de acero tiene en toda su longitud una configuración con una acanaladura (4) inferior para permitir su encaje, apoyo y unión mediante tornillos, de los extremos del perfil (1) a otras vigas (5) o soportes metálicos (6) de la estructura del edificio, mediante unas piezas de unión que disponen de una pletina (7) en forma de "L", sobre la cual se apoyan y unen los extremos del perfil (1).

3. Sistema de ejecución de vigas mixtas ó viguetas de forjados de edificaciones mediante perfiles plegados de acero y otro material unidos mediante conectores conformados en el perfil de acero, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el perfil (1) de chapa de acero tiene una configuración que se compone de una chapa doblada mediante acuerdos curvos que, empezando por su borde extremo situado arriba a la derecha, presenta un tramo horizontal (10) dotado de conectores (3), discurriendo este tramo horizontal (10) desde su extremo derecho hacia la izquierda y se continúa hacia abajo con otro tramo vertical (11) mediante acuerdo curvo ó chafán, el cual tramo vertical (11) tiene unos pliegues (12) con acuerdos curvos entre la mitad y dos tercios de su recorrido que permiten desplazar su eje vertical ligeramente hacia la derecha, para después continuar, mediante un acuerdo curvo, con otro tramo horizontal (13) hacia la derecha, en cuyo final mediante doblado a 180º cambia de sentido y se prolonga hacia la izquierda en otro tramo horizontal (14) paralelo y tangente al anterior tramo (13), a continuación gira 90º hacia arriba de manera que se prolonga, mediante acuerdo curvo, en otro tramo vertical (15) que es paralelo y que puede ser tangente o estar separado a cierta distancia de la parte inferior del tramo vertical (11), sigue hasta la altura de un punto (16), que es donde se encuentra el eje de simetría, desde donde se continúa el perfil (1) mediante un giro de 180º y acuerdo curvo respecto de su tramo anterior (15) dejando una cierta separación con dicho tramo (15) y recorre nuevamente de forma simétrica e inversa todo el trazado anterior

4. Sistema de ejecución de vigas mixtas ó viguetas de forjados de edificaciones mediante perfiles plegados de acero y otro material unidos mediante conectores conformados en el perfil de acero, en todo de acuerdo con la primera, segunda y tercera reivindicaciones, caracterizado porque al perfil (1) de chapa de acero descrito en la tercera reivindicación se incorpora en su tramo vertical (11) un pliegue (17) con un cierto ángulo sobre el eje vertical (aproximadamente entre 45º y 30º) que forma un cuello de botella invertido en la parte superior de dicho tramo vertical (11) y que queda relleno de hormigón cuando éste es el material del tablero superior (2) y donde es posible alojar una armadura (18) interior que sirve para proporcionar una cierta estabilidad a fuego del conjunto sin necesidad de proteger todo el perfil metálico (1).

5. Sistema de ejecución de vigas mixtas ó viguetas de forjados de edificaciones mediante perfiles plegados de acero y otro material unidos mediante conectores conformados en el perfil de acero, en todo de acuerdo con la primera, segunda y tercera reivindicaciones, caracterizado porque al perfil (1) de chapa de acero descrito en la tercera reivindicación se incorporan a partir del borde extremo superior de su tramo (10), descrito en dicha reivindicación tercera, dos tramos (19-20) para conseguir mayor número de planos donde ubicar conectores (3) cuando sea necesario dada la naturaleza elevada de los esfuerzos a soportar, los tramos (19-20) se obtienen prolongando el borde del extremo superior del tramo (10) del perfil (1), mediante acuerdo curvo con el tramo (19), que puede disponer o no de conectores (3), y que se pliega aproximadamente entre 30º y 90º hacia arriba, y luego se prolonga con acuerdo curvo hacia la derecha en el tramo (20), con conectores (3), prolongándose el perfil (1) básico con este añadido igualmente en la parte simétrica, mientras que también es posible simplificar el perfil (1) no incluyendo alguno de los nuevos tramos (19-20) descritos.

6. Sistema de ejecución de vigas mixtas ó viguetas de forjados de edificaciones mediante perfiles plegados de acero y otro material unidos mediante conectores conformados en el perfil de acero, en todo de acuerdo con la primera, segunda y tercera reivindicaciones, caracterizado porque al perfil (1) de chapa de acero descrito en la tercera reivindicación se introduce una modificación que consiste en doblar hacia arriba parte de los tramos (13) y (14) generando así dos nuevos tramos (21) y (22) que forman un ángulo con los tramos (13) y (14), entre 30º y 135º aproximadamente, que permite obtener unos canales laterales (23) donde se pueden alojar instalaciones o proporcionar efectos estéticos en el perfil (1) de acero.

7. Sistema de ejecución de vigas mixtas ó viguetas de forjados de edificaciones mediante perfiles plegados de acero y otro material unidos mediante conectores conformados en el perfil de acero, en todo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6 anteriores, caracterizado porque los conectores (3) planteados para la conexión del perfil (1) de acero con tableros (2) de hormigón se ejecutan mediante la realización de pares de cortes (24) paralelos en la chapa de acero de manera que la banda comprendida entre los cortes es estirada hacia arriba y es doblada con forma de trapecio (25), complementándose estos conectores (3) con forma de trapecio (25) con armaduras de acero incluidas dentro del tablero (2) de hormigón, en su plano horizontal y con direcciones de 45º respecto del eje del perfil (1) de acero.

8. Sistema de ejecución de vigas mixtas ó viguetas de forjados de edificaciones mediante perfiles plegados de acero y otro material unidos mediante conectores conformados en el perfil de acero, en todo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6 anteriores, caracterizado porque los conectores (3) planteados para la conexión del perfil (1) de acero con tableros (2) de hormigón se ejecutan mediante la realización de tres cortes continuos en "U" ó de cinco cortes continuos en "S" sobre la chapa de acero del perfil (1) de manera que originan, respectivamente, uno o dos rectángulos que quedan unidos al perfil (1) en uno de sus lados cortos, doblándose estos rectángulos con tres pliegues en tres tramos que son, partiendo del perfil (1), un tramo (26) doblado con un cierto ángulo respecto del perfil (1), comprendido entre 45º y 135º, a continuación otro tramo (27) que se dobla en sentido horizontal paralelo al perfil (1) en uno u otro sentido y, finalmente, un tramo (28) que se dobla en dirección al perfil (1), creando una pestaña de sujeción con un ángulo similar al del primer tramo (27), complementándose estos conectores (3) con armaduras de acero incluidas dentro del tablero (2) de hormigón, en su plano horizontal y con direcciones de 45º respecto del eje del perfil (1) de acero.

9. Sistema de ejecución de vigas mixtas ó viguetas de forjados de edificaciones mediante perfiles plegados de acero y otro material unidos mediante conectores conformados en el perfil de acero, en todo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6 anteriores, caracterizado porque los conectores (3) planteados para la conexión del perfil (1) de acero con tableros (2) de madera o fibras con resina se ejecutan mediante la realización de cuatro cortes continuos ó de cinco cortes continuos en la chapa de acero del perfil (1) de manera que originan, respectivamente, una o dos bandas (29, 30) de chapa acabadas con una punta central o una punta lateral, también respectivamente, que quedan unidas al perfil (1) en el lado opuesto a su punta, las cuales bandas (29, 30) se doblan de forma perpendicular al perfil (1) y generan conectores (3) de manera que el conjunto de éstos puede ser clavado al tablero (2) de madera o fibras, de forma directa o mediante la realización previa de hendiduras en dicho tablero, de modo que en el caso en que estos conectores (3) sean de mayor longitud que el espesor del tablero (2) se dobla la parte que sobresale de los conectores (3) una vez ensamblados ambos materiales.

10. Sistema de ejecución de vigas mixtas ó viguetas de forjados de edificaciones mediante perfiles plegados de acero y otro material unidos mediante conectores conformados en el perfil de acero, en todo de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 6 anteriores, caracterizado porque se incluyen unas piezas de sujeción (7, 8 y 9) para la unión a otros elementos estructurales del edificio tales como vigas metálicas (5) o soportes metálicos (6), que se componen básicamente de unas pletinas (7) verticales que están sujetas a tales vigas (5) o soportes metálicos (6) y que quedan encajadas durante el montaje de la estructura en los extremos del perfil (1) de acero dentro de la acanaladura (4) que éste tiene en su parte inferior, sujetándose el perfil (1) de acero sobre dichas pletinas (7), mediante uno o más tornillos (30) que garantizan la transmisión de esfuerzos entre dicho perfil (1) y la pletina (7) vertical correspondiente, pudiendo ir las pletinas (7) directamente soldadas a la viga (5) o al soporte metálico (6), y pudiendo también estar unidas a la viga (5) mediante otras pletinas (8) dobladas en ángulo y unidas de forma perpendicular en su parte central a la pletina (7), las cuales pletinas (8) se unen al alma y al ala superior de la viga (5) mediante tornillos (31), en tanto que las pletinas (7) pueden estar unidas a los soportes metálicos (6) mediante otras pletinas (9) rectangulares unidas de forma perpendicular en su parte central a la pletina (7), las cuales pletinas (9) se unen al alma o a las alas del soporte metálico (6) mediante tornillos (31).