SOPORTE CON CAPACIDAD DE DESLIZAMIENTO PARA INGENIERÍA ESTRUCTURAL Y MATERIALES PARA EL MISMO.

Soporte con capacidad de deslizamiento (1, 1a) para aplicaciones de ingeniería estructural a temperaturas de 48º C o superiores,

que comprende una primera parte (2; 2a) adecuada para ser conectada a una estructura de soporte (P) , una segunda parte (3; 3a) adecuada para ser conectada a un elemento (G) que debe ser soportado por dicha estructura de soporte (P) y medios adecuados para permitir que dicha segunda parte (3; 3a) se desplace y/o gire con respecto a dicha primera parte (2; 2a) , comprendiendo dichos medios placas y/o bandas (4, 4a, 4b; 8) fabricadas de un material polímero de fricción reducida, en el que dicho material polímero de fricción reducida es una poliamida, caracterizado porque dicha poliamida es una poliamida 6 moldeada, con la adición de lubricantes en estado sólido.

Soporte con capacidad de deslizamiento para ingeniería estructural y materiales para el mismo La presente invención se refiere a un soporte con capacidad de deslizamiento para aplicaciones de ingeniería estructural, en particular para construcciones civiles tales como puentes, edificios, estructuras que es preciso que resistan simultáneamente cargas verticales y permitan movimientos relativos y/o rotaciones, y estructuras que deben ser protegidas contra fenómenos sísmicos, teniendo dicho soporte un coeficiente de fricción reducido y siendo adecuado para ser utilizado en unas condiciones de funcionamiento duras, tanto debido a las cargas aplicadas, como a las altas temperaturas de funcionamiento.

En la construcción de estructuras civiles, por ejemplo, edificios y puentes, se han venido utilizando dispositivos de soporte con capacidad de deslizamiento que tienen la función de permitir movimientos relativos, habitualmente deslizamientos o rotaciones relativos entre dos o más partes de la estructura. Con el objeto de permitir los movimientos mencionados anteriormente, en la estructura están dispuestos dispositivos del tipo de bisagra o de deslizamiento.

Las dispositivos mencionados anteriormente comprenden generalmente un par de superficies planas o curvadas adecuadas para el deslizamiento y/o la rotación, una con respecto a la otra, con el objeto de permitir movimientos relativos y/o rotaciones. Con el objeto de reducir al mínimo tanto la fricción estática como la dinámica entre las partes, una primera superficie del par de superficies mencionadas anteriormente está fabricado de metal, por ejemplo, un acero austenítico, una aleación de aluminio, o un acero ferrítico cromado duro, mientras que la otra superficie está fabricada de manera conveniente, de un polímero de fricción reducida. Habitualmente se utiliza un lubricante entre las superficies deslizantes para reducir todavía más la fricción entre las partes.

De acuerdo con la técnica actual, el polímero de fricción reducida que se utiliza principalmente para la fabricación de soportes con capacidad de deslizamiento es politetrafluoroetileno (PTFE) . Este material ha venido siendo utilizado en este tipo de aplicaciones durante más de 40 años y el conocimiento técnico acumulado ha permitido definir completamente su comportamiento y sus límites. Este comportamiento y estos límites han sido codificados en las normas del sector técnico, entre las cuales, por ejemplo, la norma europea EN 1337-2 “Cojinetes estructurales -Parte 2: Elementos deslizantes” y las especificaciones técnicas para la construcción de la American Association of State Highway and Transportation Officials (Asociación americana de funcionarios de autopistas estatales y de transporte) , (AASHTO) .

Mediante una combinación adecuada de las propiedades de los materiales de las dos superficies y del posible lubricante, el par de superficies del soporte con capacidad de deslizamiento tiene un coeficiente de fricción reducido, tanto estático como dinámico, una elevada resistencia al desgaste y una resistencia adecuada a las cargas de compresión resultantes del peso muerto de la estructura y de las acciones de servicio.

Aunque la utilización del PTFE en el campo de la ingeniería civil está hoy en día consolidado desde hace más de cuatro décadas, se conocen muchas deficiencias del material debidas principalmente a la escasa resistencia al desgaste y a la excesiva reducción de la resistencia a la compresión que caracteriza el PTFE cuando aumenta la temperatura.

La reducción de la resistencia a la compresión del PTFE antes mencionada, se produce debido a un fenómeno de “creep” conocido en la literatura científica como “fluencia en frío”. Este fenómeno consiste en una fluencia continua del polímero que es extrusionado y sale lateralmente del soporte con capacidad de deslizamiento produciendo de este modo una reducción continua de la altura del elemento superficial fabricado de PTFE.

Este fenómeno se incrementa además en presencia de temperaturas elevadas; estando de hecho relacionada la magnitud de la fluencia en frío con combinaciones de valores elevados de la carga de compresión y de la temperatura de funcionamiento.

La expresión “temperatura de funcionamiento del cojinete” significa la temperatura alcanzada por las superficies deslizantes. Esta temperatura de funcionamiento se considera elevada si está comprendida entre 30º C y 100º C.

Considerando los reducidos valores del coeficiente de fricción que presenta el PTFE, el polímero mencionado anteriormente ha sido siempre considerado como el material deslizante ideal para la fabricación de soportes con capacidad de deslizamiento y, por consiguiente, se ha desarrollado la técnica con el objeto de adaptar la utilización del PTFE a las diversas situaciones de funcionamiento. Dentro de este desarrollo tecnológico, se han codificado normas técnicas de referencia que establecen, en base a la temperatura de funcionamiento, límites a los valores de la presión máxima aplicable a una superficie de PTFE en un soporte con capacidad de deslizamiento. Por ejemplo, la norma europea EN 1337-2 hace obligatorio para los cojinetes sometidos a una temperatura máxima de funcionamiento superior a 30º C, considerar una reducción del 2% por grado, por encima de los 30º C, del valor característico de la resistencia a la compresión del PTFE con respecto al valor de la resistencia característica mencionado anteriormente, medida a una temperatura de 30º C.

Sin embargo, este criterio es desventajoso desde un punto de vista económico, dado que de ello resulta un incremento del tamaño del soporte con capacidad de deslizamiento y de los costes relacionados con el mismo.

Una prueba adicional de que el PTFE es inadecuado para ser utilizado a altas temperaturas de funcionamiento es el hecho de que las normas europeas de la serie EN 1337 limitan el campo de utilización de los soportes con capacidad de deslizamiento que incorporan una o varias superficies de PTFE, a una temperatura máxima de funcionamiento igual a 48º C. Más allá de esta temperatura, deben utilizarse diferentes tipos de soportes con capacidad de deslizamiento que tienen unos costes más elevados y rendimientos peores en lo que se refiere al coeficiente de fricción. En la práctica, estos diferentes soportes con capacidad de deslizamiento son rodamientos de rodillos y cojinetes oscilantes, que son especialmente costosos y pierden parcialmente la eficiencia inicial dado que están fabricados totalmente de metal y están sometidos a los agentes atmosféricos, con lo que, a falta de un mantenimiento adecuado y costoso, el coeficiente de fricción alcanza valores mucho más elevados que el de los soportes con capacidad de deslizamiento.

Como consecuencia del aumento del desarrollo de la industria y de las infraestructuras en países que están en regiones climáticas caracterizadas por temperaturas medias más elevadas que las temperaturas de las regiones europeas occidentales y norteamericana, esta ineficiencia en el comportamiento del PTFE a altas temperaturas de funcionamiento representa una penalización muy importante desde el punto de vista de los costes y el diseño. De hecho, durante los últimos años, se han advertido muchos fallos de soportes con capacidad de deslizamiento producidos por una excesiva fluencia en frío del PTFE. El impacto económico de dichos fallos ha sido considerable y comprende tanto daños irreversibles en estructuras civiles como costes relacionados con la sustitución de los soportes.

No obstante, en general, el fenómeno de la fluencia en frío es perjudicial no solo para todas aquellas aplicaciones de ingeniería civil situadas en regiones climáticas caracterizadas por unas elevadas temperaturas ambientales, sino también para aquellas aplicaciones en las que las superficies de los soportes con capacidad de deslizamiento están sometidas a elevadas velocidades de deslizamiento, tales como, por ejemplo, las velocidades de deslizamiento producidas por los fenómenos sísmicos, por condiciones de tráfico intensas, o por la circulación de trenes de alta velocidad.

Con el fin de satisfacer la necesidad de aplicaciones a altas temperaturas de funcionamiento, se ha sugerido la utilización de polímeros técnicos basados en PTFE con carga de fibras. Si se compara con el PTFE sin carga, estos polímeros técnicos tienen una resistencia a la compresión más elevada, pero los soportes con capacidad de deslizamiento que tienen una superficie fabricada con los polímeros técnicos mencionados... [Seguir leyendo]

1. Soporte con capacidad de deslizamiento (1, 1a) para aplicaciones de ingeniería estructural a temperaturas de 48º C o superiores, que comprende una primera parte (2; 2a) adecuada para ser conectada a una estructura de soporte (P) , una segunda parte (3; 3a) adecuada para ser conectada a un elemento (G) que debe ser soportado por dicha estructura de soporte (P) y medios adecuados para permitir que dicha segunda parte (3; 3a) se desplace y/o gire con respecto a dicha primera parte (2; 2a) , comprendiendo dichos medios placas y/o bandas (4, 4a, 4b; 8) fabricadas de un material polímero de fricción reducida, en el que dicho material polímero de fricción reducida es una poliamida, caracterizado porque dicha poliamida es una poliamida 6 moldeada, con la adición de lubricantes en estado sólido.

2. Soporte con capacidad de deslizamiento, según la reivindicación anterior, caracterizado porque dichos lubricantes en estado sólido han sido escogidos entre polietileno, mezclas de fluoropolímeros, óxido de calcio y bisulfuro de molibdeno.

3. Soporte con capacidad de deslizamiento, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha poliamida es una poliamida con adición de materiales de carga adecuados para mejorar su resistencia a la compresión.

4. Soporte con capacidad de deslizamiento, según la reivindicación anterior, caracterizado porque dichos materiales 20 de carga han sido escogidos entre microesferas de cristal y cerámica y fibras de vidrio.

5. Soporte con capacidad de deslizamiento, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha poliamida es una poliamida reticulada.

6. Soporte con capacidad de deslizamiento, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas placas de poliamida (4, 4a, 4b) comprenden una serie de concavidades (9) adecuadas para retener un lubricante.

7. Soporte con capacidad de deslizamiento, según la reivindicación 8 anterior, caracterizado porque dichas concavidades (9) tienen sección circular y están dispuestas según dos modelos de matriz idénticos, teniendo dichos modelos de matriz una distancia entre filas de unas 1, 75 veces el diámetro (D) de las concavidades (9) y una distancia entre columnas de unas 3 veces dicho diámetro (D) , estando dispuestos dichos modelos de matriz de tal manera que cada concavidad está uniformemente separada de las concavidades adyacentes (9) .

8. Soporte con capacidad de deslizamiento, según la reivindicación 9 anterior, caracterizado porque dicho diámetro (D) es igual a 8 mm.