ELEMENTO ESTRUCTURAL PREFABRICADO.

Elemento estructural prefabricado, que comprende una base de hormigón pretensada y al menos una estructura vertical de barras,

tal que la base de hormigón comprende una armadura activa longitudinal y/o una armadura pasiva longitudinal y/o transversal; tal que la estructura vertical de barras está conformada por una pluralidad de montantes dispuestos consecutivamente, que se alternan con otra pluralidad de diagonales, tal que las diagonales unen la parte superior e inferior de los montantes consecutivos, y disponiendo estos montantes y diagonales de unas patillas en su parte inferior que están unidas a la base de hormigón, y en la parte superior de los montantes y diagonales están dispuestas al menos una barra longitudinal a modo de cordón que recorre al menos parcialmente la pluralidad de los diferentes montantes y diagonales.

ELEMENTO ESTRUCTURAL PREFABRICADO

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente solicitud de Patente de Invención tiene por objeto el registro de un elemento estructural prefabricado, que incorpora notables innovaciones y ventajas frente a las técnicas utilizadas hasta el momento.

Más concretamente, la invención propone el desarrollo de un elemento estructural prefabricado, que por su particular disposición, permite facilitar sumamente los trabajos de obtención de una viga final en obra, así como mejorar las condiciones de transporte hasta la propia obra.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Es conocida en el actual estado de la técnica la utilización del hormigón armado como material para la construcción.

El hormigón armado es el resultado de la combinación de forma inteligente del hormigón y el acero en base a las características de cada material. El acero, normalmente en forma de barras, se dispone en el interior del hormigón, quedando adherido a este, lo que permite trabajar de forma conjunta a ambos materiales. Para incrementar la adherencia entre estos dos materiales, se pasó en su momento de utilizar barras de acero liso a barras de acero corrugado.

Se trata pues, de un material compuesto, donde la función principal del hormigón es la de soportar tensiones de compresión y la función principal del acero es la de soportar tensiones de tracción, ya que hormigón no resiste bien este último tipo de tensiones, dando lugar a la aparición de fisuras en el mismo. Otras características del hormigón y el acero hacen del hormigón armado un material con grandes virtudes como material de construcción, como puede ser su durabilidad.

Con el hormigón armado se puede construir gran tipología de estructuras. No obstante, la aparición de fisuras en el hormigón ante tensiones de tracción, y una limitada resistencia a compresión del hormigón, son factores limitantes para su uso en determinadas estructuras, como pueden ser elementos con grandes luces o sometidos a grandes cargas.

Basado en los principios del hormigón armado es conocido también otro tipo de material compuesto, llamado hormigón pretensado. Las estructuras realizadas con elementos de hormigón pretensado generalmente son menos costosas y de mayor durabilidad que las estructuras hechas de acero laminado. Su objetivo es el de resolver las limitaciones que presenta el hormigón armado, mediante el uso de hormigones y aceros de alta resistencia. La idea fundamental del hormigón pretensado radica en pretensar o postensar los alambres o cordones de acero de alta resistencia (armadura activa) dispuestos en el interior del hormigón, lo que transmite una compresión al hormigón, alejándolo así de las situaciones de descompresión y fisuración. Además del acero activo, también se emplean barras de acero corrugado (armadura pasiva) como en el hormigón armado.

Por criterio de notación suele denominarse habitualmente “estructuras de hormigón pretensado” a aquellas estructuras que se construyen con hormigón de alta resistencia, armadura pasiva y armadura activa pretesa o postesa.

En las armaduras pretesas se sigue el siguiente proceso: tesado de la armadura previo al fraguado del hormigón, transferencia de la fuerza de pretensado y anclaje de la armadura al hormigón de forma continua por adherencia con el hormigón endurecido. En las armaduras postesas se sigue el siguiente proceso: tesado de la armadura posterior al fraguado del

hormigón, transferencia de la fuerza de pretensado, fijación de los elementos de anclaje de la armadura, y relleno de vainas con material adherente o no adherente.

El hormigón pretensado ha permitido construir estructuras en las que no hubiera sido posible utilizar únicamente hormigón armado. Actualmente, el hormigón pretensado es uno de los 30 materiales de construcción más utilizados, tanto en obra civil e industrial, como en edificación.

En las últimas décadas el uso de elementos prefabricados de hormigón pretensado (generalmente con armadura pretesa) se ha impuesto en la construcción de gran tipología 35 de estructuras. Ello se explica por los beneficios que proporciona este tipo de producto,

entre los que están: la posibilidad de construir elementos de gran luz que soporten grandes cargas, la industrialización del proceso, la calidad durante la fabricación, la velocidad de producción, la facilidad de transporte y colocación en obra de los elementos, el ahorro de material, la resistencia al fuego, la durabilidad, etc.

En el campo de los elementos prefabricados pretensados, es muy necesario que la cantidad de material a emplear en el elemento prefabricado sea mínimo, y que éste pueda completarse en una fase posterior en obra, por los enormes beneficios que ello conlleva para la empresa prefabricadora: reducción del tiempo de prefabricación, reducción del material utilizado en la fabricación del prefabricado, reducción de las dimensiones de los moldes, reducción del peso de la pieza prefabricada, lo que repercute directamente en el coste del transporte y el alcance territorial del producto, etc.

También es sumamente útil, dados los beneficios que ello conlleva a la empresa constructora, que por un lado, el elemento prefabricado sea autoportante, y por otro lado, que el elemento prefabricado sea capaz de soportar las cargas que provienen de los trabajos de hormigonado de aquellas partes del elemento que deben ejecutarse en obra, sin necesidad de apuntalar las piezas prefabricadas durante estos trabajos ni disponer estructuras adicionales para conformar encofrados autoportantes. Es necesario comentar que en determinadas actuaciones, es inviable emplear elementos de apuntalamiento o determinadas estructuras auxiliares, como pueden ser en estructuras sobre cauces de ríos, en estructuras sobre carreteras o vías ferroviarias en servicio, etc.

Estas dos cualidades útiles (mínimo material para construir el prefabricado y capacidad autoportante incluyendo los trabajos de hormigonado) son contrapuestas: a menor cantidad de material empleado en la producción del elemento prefabricado, mayor necesidad de apuntalar dicho elemento en obra, puesto que éste no será autoportante, y viceversa.

Es por ello que actualmente los elementos prefabricados autoportantes para luces y cargas considerables, son aquellos que tienen gran parte de su sección final hormigonada en la fase de prefabricación, puesto que dicha sección requiere unas determinadas propiedades mecánicas que no tendría en otro caso.

Concretamente, en el caso de vigas prefabricadas autoportantes (normalmente pretensadas) para luces y cargas considerables, suele procederse a prefabricar prácticamente todo el elemento (a excepción de la capas de compresión) .

A modo de ejemplo, tenemos las vigas en H invertida (con al menos un nervio para el alma) , donde suelen prefabricarse las dos alas y el alma, o bien el ala inferior y el alma; las vigas artesas, donde suele prefabricarse la losa inferior y los dos nervios laterales; las vigas en T invertida, donde suele prefabricarse el ala inferior y el alma; las vigas en T, donde suele prefabricarse el ala superior y el alma; las placas alveolares, donde suele prefabricarse toda la placa; etc.

En todos estos elementos se deja parte de la armadura de acero corrugado de espera que sirve para unir estructuralmente la pieza prefabricada con las partes que se hormigonan posteriormente en obra, con el objetivo de que el elemento terminado trabaje como una única pieza. Debe destarcarse que esta armadura en espera no tiene ninguna función estructural por sí misma hasta que se hormigona la sección en la obra, momento en el que pasa a trabajar conjuntamente con el hormigón endurecido.

Después de todas las consideraciones explicadas, el problema que por tanto se plantea es el de diseñar un elemento prefabricado con una sección prefabricada de dimensiones mínimas, sencillo de producir y de peso reducido para facilitar su transporte. El elemento debe ser autoportante y capaz de soportar los trabajos de hormigonado una vez dispuesto en obra, sin necesidad de utilizar elementos auxiliares de apuntalamiento o encofrados autoportantes.

El elemento debe poder cubrir luces considerables y soportar, durante su vida útil, elevadas cargas de diseño. Estos requerimientos son muy típicos de estructuras para obra civil e industrial (como por ejemplo puentes, etc.) , y en algunos casos puntuales, de edificación.

Actualmente no son conocidos elementos con estas prestaciones. Sí se conocen, no obstante, elementos especialmente empleados en forjados y cubiertas de edificación, de poco canto, y que sólo en algunos casos, bajo determinadas condiciones, son autoportantes para luces reducidas...

1. Elemento estructural prefabricado, caracterizado por el hecho de que comprende una base de hormigón (1) pretensada y al menos una estructura (2) vertical de barras, tal que la 5 base de hormigón (1) comprende una armadura activa (3) longitudinal y/o una armadura pasiva (4) longitudinal y/o transversal; tal que la estructura (2) de barras está conformada por una pluralidad de estribos verticales transversales con forma de “U” invertida a modo de montantes (6) dispuestos consecutivamente, que se alternan con otra pluralidad de estribos inclinados transversales también con forma de “U” invertida a modo de diagonales (7) , más largos que los estribos verticales transversales anteriormente citados, tal que las diagonales (7) unen la parte superior e inferior de los montantes (6) consecutivos, y disponiendo estos montantes (6) y diagonales (7) de unas patillas (61, 71) en su parte inferior abierta en contacto con la base de hormigón (1) estando dichas patillas (61, 71) embebidas en la base de hormigón (1) , y por lo tanto los montantes (6) y diagonales (7) están unidos a la misma base de hormigón (1) , y en la parte superior de los montantes (6) y diagonales (7) están dispuestas al menos una barra longitudinal a modo de cordón (5) que recorre al menos parcialmente la pluralidad de los diferentes montantes (6) y diagonales (7) .

2. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 1, caracterizado por el

hecho de que la armadura activa (3) longitudinal y/o la armadura pasiva (4) longitudinal y/o transversal están en el interior de la base de hormigón (1) .

3. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las barras integrantes de la estructura (2) vertical, o los alambres o cordones integrantes de la armadura activa (3) longitudinal, o las barras integrantes de la armadura pasiva (4) longitudinal y/o transversal, son metálicas o de aleación.

4. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que las barras integrantes de la estructura (2) , o los alambres o cordones integrantes de la armadura activa (3) longitudinal, o las barras integrantes de la armadura pasiva (4) longitudinal y/o transversal, son de acero.

5. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que las barras integrantes de la estructura (2) o de la armadura pasiva (4) 35 longitudinal y/o transversal son de acero corrugado, y los alambres o cordones integrantes de la armadura activa longitudinal (3) son de acero de alta resistencia. 31

6. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la estructura (2) dispone de una estructura de barras en forma de cruces de arriostramiento (8) transversales en unos planos verticales y transversales a la base de hormigón (1) y estando dichos planos formados por los estribos verticales transversales con forma de “U” invertida a modo de montantes (6) , y la estructura (2) dispone además de unas barras horizontales transversales (9) que unen las dos barras del montante (6) en los puntos de convergencia de las cruces de arriostramiento (8) transversales.

7. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que la estructura (2) dispone de unas barras horizontales longitudinales (10) paralelas a la base de hormigón (1) que recorren al menos parcialmente la longitud de la estructura (2) y que unen los puntos de convergencia de las cruces de arriostramiento (8) transversales.

8. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 6 o 7, caracterizado por el hecho de que la estructura (2) dispone de otras cruces de arriostramiento (11) longitudinales al menos entre el primer y segundo montante (6) de los dos extremos de la propia estructura (2) y en unos planos verticales que recorren longitudinalmente la base de hormigón (1) y que 20 contienen los montantes (6) consecutivos.

9. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que las cruces de arriostramiento (8) transversales se componen de unas barras dobladas en zig-zag, con un gancho (81) en su extremo superior y una patilla (82) en su extremo inferior.

10. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que las barras dobladas en zig-zag que componen las cruces de arriostramiento (8) transversales presentan un tramo (83) recto en los puntos de doblado, adecuado para 30 una soldadura con otras barras metálicas o de aleación.

11. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que las barras horizontales transversales (9) presentan un gancho (91) en cada uno de sus extremos.

12. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que las cruces de arriostramiento (11) longitudinales se componen de dos barras dobladas en zig-zag, con una patilla (111) en cada uno de los extremos de las barras.

13. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 12, caracterizado por el hecho de que las barras dobladas en zig-zag que componen las cruces de arriostramiento (11) longitudinales presentan un tramo (112) recto adecuado para una soldadura con otras barras metálicas o de aleación.

14. Elemento estructural prefabricado según alguna de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que las siguientes barras están soldadas:

− los montantes (6) con las diagonales (7) en su parte superior; − los ganchos (81) de las cruces de arriostramiento (8) transversales con montantes (6) 15 y/o diagonales (7) ; − los ganchos (81) de las cruces de arriostramiento (8) transversales con los cordones (5) superiores; − las diagonales (7) y/o montantes (6) con los cordones (5) superiores; − los tramos (83) rectos en los puntos de doblado de las cruces de arriostramiento (8)

transversales con los montantes (6) ;

− los ganchos (91) de las barras horizontales transversales (9) que unen los puntos de convergencia de las cruces de arriostramiento (8) transversales con los montantes (6) ;

− las barras horizontales longitudinales (10) que unen los puntos de convergencia de 25 las cruces de arriostramiento (8) transversales con los montantes (6) ; − los tramos (112) rectos en los puntos de doblado de las cruces de arriostramiento (11) longitudinales con los montantes (6) . − las patillas (111) superiores de las cruces de arriostramiento (11) longitudinales con los montantes (6) . 30

15. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende una única estructura (2) .

16. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 1, caracterizado por el 35 hecho de que comprende dos estructuras (2) .

17. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende tres estructuras (2) .

18. Elemento estructural prefabricado según la reivindicación 1, caracterizado por el 5 hecho de que comprende cuatro estructuras (2) .

19. Procedimiento de fabricación de un elemento estructural prefabricado según alguna de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que comprende una colocación de la estructura (2) con las patillas (61, 71) presentes en la estructura (2)

insertadas entre algunas de las armaduras (3, 4) , y con las patillas (82, 111) presentes en la estructura (2) situadas en la región de la futura base de hormigón (1) , y posteriormente un hormigonado de las armaduras (3, 4) .

20. Procedimiento de fabricación de un elemento estructural prefabricado según la reivindicación 19, caracterizado por el hecho de elaborar la estructura (2) y sus uniones fuera de una pista de tesado, y posteriormente situar la estructura (2) en la pista de tesado.

21. Procedimiento de fabricación de un elemento estructural prefabricado según la reivindicación 19, caracterizado por el hecho de elaborar total o parcialmente la estructura 20 (2) y sus uniones en una pista de tesado.

22. Procedimiento de fabricación de un elemento estructural prefabricado según las reivindicaciones 20 o 21, caracterizado por el hecho de utilizar un accesorio provisional que sostiene temporalmente a las barras que conforman la estructura (2) para su adecuado 25 montaje, y utilizándose tal que primero se sitúan los cordones (5) superiores sostenidos por el elemento provisional, en los que a su vez, se cuelgan y disponen adecuadamente los montantes (6) y las diagonales (7) , seguidos de las cruces de arriostramiento (8) transversales mediante los ganchos (81) , seguidos de las cruces de arriostramiento (11) longitudinales, seguidos de las barras horizontales transversales (9) mediante los ganchos

(91) que atan los puntos de unión de barras, y finalmente las barras horizontales longitudinales (10) , y con posterioridad se sueldan entre sí las barras metálicas o de aleación.

23. Procedimiento de fabricación de un elemento estructural prefabricado según la 35 reivindicación 22, caracterizado por el hecho realizar las soldaduras (12) de las barras

metálicas o de aleación de la estructura (2) antes del hormigonado, fraguado y endurecimento de la base de hormigón (1) .

24. Procedimiento de fabricación de un elemento estructural prefabricado según la 5 reivindicación 22, caracterizado por el hecho de realizar al menos una de las soldaduras (12) de las barras metálicas o de aleación de la estructura (2) posteriormente al hormigonado, fraguado y endurecimento de la base de hormigón (1) .

25. Procedimiento de fabricación de un elemento estructural prefabricado según la 10 reivindicación 19, caracterizado por el siguiente orden de fabricación del elemento estructural prefabricado: − Colocación de la armadura pasiva (4) en una pista de tesado, en caso de requerirse tal armadura. − Colocación de la armadura activa (3) en la pista de tesado.

− Tesado de la armadura activa (3) . − Colocación y/o montaje de la estructura (2) en la pista de tesado. − Hormigonado y vibrado de la base de hormigón (1) . − Transferencia del pretensado mediante el corte de la armadura activa (3) .