Patente nacional por "Dispositivo de refuerzo de estructuras existentes"

Reivindicaciones:
+ ES-2954283_A11a.- Dispositivo de refuerzo de estructuras existentes, caracterizado por que está constituido a partir de los siguientes elementos estructurales: • una estructura existente en el que existen uno o varios elementos lineales con una capacidad estructural insuficiente (1) . • uno o varios elementos lineales de refuerzo (2) dispuestos paralelamente a elementos lineales con capacidad estructural insuficiente (1) . • una o varias zonas de paso (6) en los nudos de la estructura existente que de estar cerrados obstaculizan la continuidad del elemento lineal de refuerzo (2) . • varios elementos de hormigón de ultra altas prestaciones (3) que transfieren la carga entre los elementos lineales de refuerzo (2) y la estructura existente en los nudos de la celosía, • un relieve (4) propio de la estructura existente formado por cabezas de roblones que hacen posible la unión de la misma con los elementos de hormigón de ultra altas prestaciones (3) en los nudos, • un resalte (5) del elemento lineal de refuerzo (2) que hace posible la unión de los mismos con los elementos de hormigón de ultra altas prestaciones (3) . 2a.- Dispositivo de refuerzo de estructuras existentes, según reivindicación 1 que se caracteriza en que el relieve (4) propio de la estructura existente está formado por cabezas de tornillos, resaltos u otras rugosidades. 3a.- Dispositivo de refuerzo de estructuras existentes, según reivindicación 1 que se caracteriza en que los resaltes (5) del elemento lineal de refuerzo (2) son corrugas o placas de anclaje. 4a.- Dispositivo de refuerzo de estructuras existentes, según reivindicación 1 que se caracteriza porque el elemento lineal de refuerzo (2) es un perfil abierto o cerrado, una pletina, una barra o un tendón de pretensado. 5a.- Dispositivo de refuerzo de estructuras existentes, según reivindicación 1 que se caracteriza porque el elemento lineal de refuerzo (2) es de acero, hormigón u otro material resistente. 6a.- Dispositivo de refuerzo de estructuras existentes, según reivindicación 1 que se caracteriza porque el elemento lineal de refuerzo (2) puede actuar de forma pasiva o activa. 7a.- Dispositivo de refuerzo de estructuras existentes, según reivindicación 1 que se caracteriza porque las zonas de paso (6) pueden existir previamente en la estructura existente o tienen que ser hechos expresamente.

Los productos y servicios protegidos por este registro son:
E04C 3/04 - E04G 23/02 - E04C 5/00

Descripciones:
+ ES-2954283_A1 Dispositivo de refuerzo de estructuras existentes SECTOR DE LA TÉCNICA La presente invención se refiere a un dispositivo de refuerzo de estructuras existentes. Este dispositivo está adaptado particularmente a las estructuras de puentes de tipo celosía, y asegura un incremento de la capacidad portante de la estructura. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En la actualidad las necesidades de refuerzo de estructuras se han acrecentado por el propio envejecimiento de muchas estructuras y por la conveniencia de hacerlas capaces de soportar cargas mayores que aquellas para las que originalmente fueron concebidas. No es raro que los especialistas en rehabilitación de estructuras deban enfrentarse al problema de proyectar un refuerzo de estructura para mejorar la capacidad de carga, ya sea por un incremento de las sobrecargas esperadas o por un deterioro que haya que compensar. Dentro de las herramientas de las que estos profesionales disponen está la posibilidad de disponer elementos lineales adicionales paralelos a los que componen originalmente la estructura, lo que la capacita para asumir más carga que la que inicialmente podría tomar. Se trataría en este caso de aportar la cantidad de acero necesaria para alcanzar la capacidad resistente buscada. Estas soluciones son normales porque la aportación de material se concentra allí donde se requiere. Es decir, tiene ventajas económicas y constructivas. La forma tradicional de añadir este material adicional ha sido soldar elementos de acero a los originalmente existentes en la estructura. Este enfoque tiene dos problemas. El primero es que en las celosías antiguas el acero puede no ser soldable. El segundo problema es que los nudos de la celosía, que es justo donde suele ser conveniente comenzar y acabar un refuerzo, son zonas de geometría compleja, en donde la transferencia de esfuerzos es complicada, lo cual encarece la solución. Otra forma de añadir los elementos de refuerzo es atornillarlos, lo que posibilita su plicación sobre celosías antiguas roblonadas perforándolas simplemente para disponer los nuevos tomillos. Con este proceder la transferencia de esfuerzos en los nudos se suele complicar aún más, ya que los nudos son zonas ya de por sí muy perforadas por llevar las fijaciones originales. Cuando el objetivo es específicamente reparar corrosiones, suele hacerse ineludible retirar roblones, retirar elementos defectuosos, sustituirlos por otros nuevos, pero ya fijados con tornillos. Esa extracción de roblones es una operación especializada y no estandarizada, por tanto, con riesgos e incertidumbres, por lo que suele ser onerosa. También, de ser necesario hacer esta extracción de forma simultánea en un número de roblones de elementos que formen parte del sistema resistente del puente, puede hacerse indispensable el cimbrado de la celosía. En esta propuesta de dispositivo de refuerzo se busca socorrer a elementos de la celosía ante esfuerzos primordialmente axiles y sustituir métodos de ejecución complicados o arriesgados por otros con garantía estructural suficiente y tratando de ejecutar sobre la estructura existente solo modificaciones sencillas. Analizando las patentes existentes a nivel mundial, se han encontrado diferentes soluciones cuyas diferencias con respecto al modelo que se propone, se explican a continuación. La patente CN109024225A, solicitada por la universidad de Hunan (China) , propone un arco en celosía de hormigón de ultra altas prestaciones cuyas uniones consisten en el vertido de un último segmento de hormigón estableciendo la continuidad también con barras y conectadores. Esta solución se diferencia de la propuesta en que no se actúa sobre una estructura existente, siendo todo el conjunto una estructura nueva por lo que todos los elementos se construyen al efecto. Además, las uniones no se establecen en los nudos de la celosía, sino fuera de ellos. La patente CN110630030A, solicitada por la universidad de Hunan (China) , propone un dispositivo de refuerzo de hormigón de ultra altas prestaciones y barras de acero que se une a la estructura existente por vertido in situ. Esta solución se diferencia de la propuesta en que no se refiere a una celosía sino a elementos de tipo viga aportando una mejora a flexión, pero no simplemente a tracción o compresión. Además, la unión entre la ieza y la estructura existente es continua a lo largo de todo el tramo a reforzar, no pudiéndose identificar en dicha estructura existente nudos propiamente dichos. Además, requiere de la ejecución de unas hendiduras para que trabaje de forma conjunta con la estructura existente, más unas barras de conexión y otros elementos que no corresponden con los del dispositivo propuesto. La patente CN111155449A, solicitada por la universidad del Sureste (China) , propone un método de construcción por medio de un bloque dentado prefabricado para anclar tendones de pretensado exterior. Esta solución de refuerzo se diferencia de la propuesta en que el bloque es prefabricado, exige la preparación de un dentado en la estructura existente y en el bloque, el uso de resina epoxi y unas barras de unión a la estructura existente para completar la unión. La patente CZ36413U1, solicitada por Pavel Ryjácek y Filip Kramolis, propone un dispositivo de refuerzo consistente en la ejecución de un dado de hormigón de ultra altas prestaciones en la zona de apoyo de un puente de celosía. Esta solución de refuerzo se diferencia de la propuesta en que el propio dispositivo no refuerza los elementos lineales de la celosía y se limita a reforzar específicamente el nudo donde se apoya la celosía. Tampoco participan en el dispositivo los relieves de la estructura existente en forma de roblones, ya que se ejecutan agujeros y se insertan barras para establecer una unión monolítica ajena a los roblones. La patente KR20120109807A, solicitada por Choi, Ha Jung, propone un dispositivo de refuerzo de los elementos de una celosía de tubos tubulares insertando perfiles y barras dentro de los tubos con conectadores para mejorar la capacidad a flexión de los mismos una vez rellenos de hormigón sin interrupción. Esta solución, además de no estar destinada a usarse en una estructura existente, se diferencia de la propuesta en que el hormigón rellena los elementos lineales de extremo a extremo. En el dispositivo propuesto la unión opera solo en los nudos de la celosía gracias a los elementos de hormigón de ultra altas prestaciones, por lo que la mejora del elemento se da primordialmente ante esfuerzos axiles, no a flexión. Además, al no aplicarse sobre una estructura existente no aprovecha los relieves originales, por ejemplo, las cabezas de los roblones y los tornillos, sino que deben soldarse expresamente conectadores o pletinas perforadas para establecer una unión monolítica, lo cual es justo una de las dificultades que se quieren evitar con el dispositivo propuesto. La patente US4691399A, solicitada por Kim Jai, B.; Yadlosky, John M., propone un dispositivo de refuerzo formado por arcos de soporte englobados dentro de la celosía existente. Cada uno de estos arcos incluye los elementos que forman una trayectoria arqueada y, entre otros, un elemento tesado que une los dos extremos del arco. Esta solución de refuerzo se diferencia de la propuesta, ya que el dispositivo de refuerzo no se aplica sobre elementos individuales de la celosía existente, sino sobre el conjunto de la celosía, lo que altera totalmente el reparto de esfuerzos entre elementos. Además, tampoco hace uso de ningún tipo de hormigón para hacer las uniones ni aprovecha los relieves de la propia estructura. La patente JP3732468B2, solicitada por Asahi Engineering KK, trata una estructura de refuerzo de puentes en la que a través de unos marcos estructurales triangulares auxiliares, cada uno de los cuales se construye en los extremos opuestos de una viga de celosía o viga de arco y un cable estirado entre los marcos estructurales triangulares auxiliares, se ejerce una fuerza de dirección hacia arriba sobre la viga de celosía o la viga de arco, induciendo así efectivamente una fuerza de resistencia a la carga. Esta solución de refuerzo se diferencia de la propuesta, ya que el dispositivo de refuerzo no se aplica sobre elementos individuales de la celosía existente. Además, tampoco hace uso de ningún tipo de hormigón para hacer las uniones ni aprovecha los relieves de la propia estructura. La patente JP3597168B2, solicitada por Asahi Engineering KK, trata una estructura de refuerzo de puentes en la que un cable estirado en la dirección de la longitud del puente, se impone una reacción uniforme hacia arriba con el objeto de mejorar la capacidad de carga del puente. Los extremos de ese cable se conectan a ambos extremos del puente y una pluralidad de gatos hidráulicos instalados en la parte inferior del puente, entre el cable y las vigas del puente, permiten estirar el cable imponiendo una fuerza que refuerza la capacidad portante. Esta solución de refuerzo se diferencia de la propuesta, ya que el dispositivo de refuerzo no se aplica sobre elementos individuales de la celosía existente. Además, tampoco hace uso de ningún tipo de hormigón para hacer las uniones ni aprovecha los relieves de la propia estructura. EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN Se trata de un dispositivo de refuerzo de estructuras, especialmente adaptado para puentes de celosía, consistente en elementos lineales metálicos, en forma de perfiles o secciones armadas, barras o tendones, que se disponen paralelos a los elementos lineales de la estructura original que lo requieran por falta de capacidad de carga, sobre todo ante esfuerzos axiles. Para que puedan auxiliar al elemento existente en toda su longitud estos refuerzos deben entrar en carga desde los nudos que los unen al resto de la estructura y, además, deben poder transferirse las cargas entre las partes en la magnitud que corresponda y, de forma ideal, sin alterar el reparto de fuerzas propio de la celosía. En lugar de hacer uso de las habituales soluciones de soldadura o tornillos, se ejecuta un elemento de hormigón de ultra altas prestaciones que bloquea los movimientos entre los elementos existentes y el refuerzo en los nudos. Esta disposición general del dispositivo logra cumplir con las transferencias de esfuerzos entre las distintas partes de la celosía sin otras operaciones de unión. Una condición necesaria para que el dispositivo funcione correctamente es que pueda desarrollarse la unión entre las partes en los nudos sea monolítica. Esto se podría lograr añadiendo pernos conectadores u otros detalles contra el deslizamiento entre el hormigón y el acero. Es decir, sería necesario usar soldadura para fijar estos elementos metálicos contra el deslizamiento en la zona de los nudos de la celosía. Este dispositivo, en cambio, no requiere alterar la estructura existente ni añadiendo conectadores, ni soldando, ni atornillando. Para eso, se hace trabajar a los relieves propios de la estructura metálica existente de forma diferente a la prevista originalmente. Así, si la estructura es roblonada, se aprovechan las cabezas de los roblones como relieve para lograr el efecto contra el deslizamiento del hormigón respeto a la chapa. Igualmente, si la estructura es atornillada, se hace uso de las cabezas de los tornillos o las tuercas. Por tanto, no se utilizan medios para la unión expresamente ejecutados al efecto. Podrían usarse también resaltos u otros elementos existentes confluyentes en el nudo para que cumplan con esa misión antideslizante, dependiendo de si originalmente han sido dimensionados con holgura y disponen de suficiente capacidad para hacer frente a ese trabajo adicional. En cambio, en los elementos nuevos de refuerzo deben proveerse relieves que, en forma de corrugas o placas de anclaje, actúen de forma similar. Un último aspecto de esta invención es que la morfología de los nudos existentes suele impedir la continuidad del refuerzo. A veces no existe tal interferencia, pero, en caso de aberla, con este dispositivo se resuelve fácilmente, ya que los nudos suelen disponer de suficiente capacidad estructural para admitir una perforación selectiva con el fin de crear pasos a los elementos lineales de refuerzo los cuales, al participar de la resistencia con esfuerzos predominantemente axiles, tiene una sección muy reducida frente al caso de tener que funcionar a flexión. Por tanto, la única modificación directa de la estructura existente es la apertura, en caso de no existir previamente, de pasos en los nudos, ya que el resto de elementos del dispositivo son simples añadidos. Todos los elementos añadidos se colocan en posición y una vez vertido el hormigón de ultra altas prestaciones, quedan sólidamente unidos, aportando justo la capacidad estructural que se le requiere a la estructura, sin soldar, atornillar ni pegar de forma directa las piezas de refuerzo, gracias a los relieves propios de la estructura existente. La última precaución es verificar si dentro del nudo, el cual es la única parte que sí ve alterado su funcionamiento interno original, sufre alguna concentración de esfuerzos inadmisible, lo cual es poco probable, ya que la variación es interna del nudo, por lo que las redistribuciones de esfuerzos son moderadas y pueden variarse o repartirse más con algún ajuste de la geometría de la pieza de hormigón de ultra altas prestaciones. Como ventaja del dispositivo, se puede mencionar que la aportación de material queda ajustada a lo mínimo imprescindible para lograr la capacidad resistente requerida. Para ello se le añade solo el peso de los elementos lineales de refuerzo y el del hormigón de ultra alta resistencia. Este último, por sus propiedades mecánicas altas, puede aportarse en una cantidad muy tasada. Existen además ventajas constructivas, ya que esta solución se puede aplicar sin modificación de la estructura original más allá de las posibles perforaciones para paso del refuerzo. Además, las uniones a realizar en la obra se logran con el simple vertido del material formáceo y normalmente autonivelante que es el hormigón de ultra altas prestaciones. Perforar y verter hormigón son operaciones rápidas. Esto facilitan la construcción, ya que el tiempo de presencia de personal en obra se limita y las ocupaciones de la calzada son más sencillas de combinar con el tráfico de vehículos. Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de un puente de celosía en el que es posible ejecutar un refuerzo por medio del dispositivo por haber varios elementos con una capacidad estructural insuficiente. Figura 2.- Muestra una vista en alzado de una celosía sobre la que es posible ejecutar un refuerzo por medio del dispositivo por haber varios elementos con una capacidad estructural insuficiente. Figura 3.- Muestra una sección vertical longitudinal del refuerzo aplicado en una diagonal de una celosía por medio del dispositivo en forma de barra corrugada. Figura 4.- Muestra una sección vertical longitudinal del refuerzo aplicado en un segmento del cordón inferior de una celosía por medio del dispositivo en forma de barras corrugadas. Figura 5.- Muestra una sección vertical longitudinal del nudo final del refuerzo aplicado en el cordón inferior de una celosía por medio del dispositivo en forma de barras corrugadas. Figura 6.- Muestra una sección vertical longitudinal del nudo inferior del refuerzo aplicado en una diagonal de una celosía por medio del dispositivo en forma de barra corrugada. Figura 7.- Muestra una sección horizontal longitudinal de una unión del dispositivo, siendo los elementos lineales de refuerzo barras corrugadas y la estructura existente roblonada. Figura 8.- Muestra una sección horizontal longitudinal de una unión del dispositivo, siendo los elementos lineales de refuerzo barras lisas de extremo roscado con placa de anclaje y tuerca y la estructura existente roblonada. Figura 9.- Muestra una sección horizontal longitudinal de una unión del dispositivo, siendo el elemento lineal de refuerzo un perfil cerrado acabado en barras lisas de extremo oscado con placa de anclaje y tuerca y la estructura existente roblonada. Figura 10.- Muestra una vista en alzado de un nudo de una celosía atornillada en donde dos de los elementos tienen una capacidad estructural insuficiente. Figura 11.- Muestra una sección vertical longitudinal del refuerzo aplicado en una diagonal y en el cordón inferior de una celosía por medio del dispositivo en forma de barras corrugadas. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN Como se puede ver en las figuras referidas, sobre la estructura existente que tiene elementos lineales con una capacidad estructural insuficiente (1) , se distribuyen los diferentes componentes del dispositivo de refuerzo que se describe en esta invención. Existen uno o más elementos lineales de refuerzo (2) , generalmente barras, que son paralelos a los elementos de la estructura existente que se desea reforzar, pudiendo ser estos la cuerda superior o inferior, las diagonales o los montantes verticales. En los extremos de los refuerzos y coincidentes con los nudos de la celosía hay unos elementos de hormigón de ultra altas prestaciones (3) que quedan inmovilizados en su posición gracias a la presencia de las cabezas o relieves (4) propios de la estructura existente de los roblones, de los tornillos o de las tuercas, evitándose la posibilidad de deslizamiento entre el hormigón y el acero de la estructura existente. Estos macizos se ejecutan en los nudos de unión de los elementos que componen la celosía y que tienen insuficiente capacidad portante gracias al vertido de un hormigón de ultra altas prestaciones. La selección de este producto es debida a que se requiere una resistencia y rigidez alta. Además, las barras de refuerzo llevarán normalmente resaltes (5) corrugados, por lo que no deslizan al quedar embebidas una longitud suficiente dentro del nudo de hormigón de ultra altas prestaciones. Igualmente, las barras pueden ser lisas y con unas piezas de anclaje en su extremo o incluso, en lugar de barras pueden ser perfiles o pletinas con un dispositivo de anclaje al efecto. Por tanto, en el dispositivo propuesto no es necesario soldar ni atornillar sobre la estructura original. La unión de todos los elementos pasa por alterar la forma de trabajar de los tornillos, roblones u otros relieves existentes los cuales, gracias a su forma, impiden el deslizamiento de las chapas respecto al hormigón. Así, tornillos o roblones, ue originalmente transfieren la carga entre las chapas que unen, transfieren la fuerza desde el hormigón de ultra altas prestaciones a las cabezas de roblones o tomillos y, posteriormente, a otras chapas del nudo. Para poder completar el dispositivo es necesario disponer de unas zonas de paso (6) , ya existentes o ejecutados al efecto, en los nudos de la celosía para que haya suficiente longitud de transferencia de fuerzas entre refuerzo y estructura existente. Esos pasos quedarán normalmente obturados por el hormigón, con lo que el nudo, a pesar de que haya sido necesario perforarlos, verá parcialmente reintegrada su resistencia al ser el hormigón vertido de una resistencia del mismo orden de magnitud que la del acero original, al menos en compresión. Una vez completado el dispositivo funciona de forma que las fuerzas se transfieren entre el elemento de refuerzo y el reforzado, ambos paralelos, justo en los nudos de la celosía, por lo que no se altera la distribución de esfuerzos global que, por causa de su isostatismo interno, tienen las celosías normales. Por tanto, con este dispositivo, usado de forma pasiva, no se genera una perturbación de los esfuerzos internos de la celosía que con otros métodos deriva en la necesidad de actuar sobre otros elementos. Eso no significa que no sea posible también usar el dispositivo propuesto de forma activa, tesando el elemento de refuerzo, con lo que elemento reforzado paralelo se ve descargado, aunque a costa de una redistribución de esfuerzos en el resto de la estructura. Actualmente, los proyectos de refuerzo de estructuras de puentes en celosía se resuelven normalmente solidarizando piezas de acero sobre la estructura existente, con lo que han de ejecutarse uniones soldadas o atornilladas en obra. En el caso de que el puente original esté corroído puede hacerse necesario incluso retirar chapas dañadas para sustituirlas por otras nuevas, ya sea por corte de la chapa o desmontando roblones o tornillos. Otras veces se aplica un pretensado que descarga la estructura, aunque esta solución está limitada en las estructuras de celosía a que la compresión añadida por el tesado no sobrecargue de forma excesiva alguna parte, lo que obliga a reforzar la estructura añadiendo más piezas de acero sobre la estructura existente. Con esta invención se logra reforzar de la estructura existente justo en los elementos que lo requieren, pero sin la indeseable necesidad de desmontar chapas o piezas previamente, ni la dificultad de complementarlas soldando o atornillando nuevos elementos. Se hacen olidarios los elementos lineales de refuerzo (2) por medio de elementos de hormigón de ultra altas prestaciones (3) , pero solo si se da la situación propicia de que existan unos relieves y resaltes que permitan la unión refuerzo-hormigón concatenada con la unión hormigón-estructura. Además, para que el elemento lineal de refuerzo (2) funcione correctamente a tracción o compresión, es necesario que la unión se establezca justo en los nudos de la celosía. También es necesario que el elemento lineal de refuerzo no vea interrumpido su paso por otros elementos de la celosía, por lo que, de no disponer de ellos, es preciso abrir los pasos (6) que se requieran. Posteriormente, estos pasos podrán quedar obturados por el hormigón de ultra altas prestaciones que restablecerá parte de la capacidad portante restada al perforar el paso.

Publicaciones:
ES2954283 (21/11/2023) - A1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnica
Eventos:
En fecha 21/06/2023 se realizó Registro Instancia de Solicitud
En fecha 21/06/2023 se realizó Admisión a Trámite
En fecha 21/06/2023 se realizó Aceptación Tramitación CAP
En fecha 21/06/2023 se realizó 1001P_Comunicación Admisión a Trámite
En fecha 22/06/2023 se realizó Superado examen de oficio
En fecha 10/11/2023 se realizó Realizado IET
En fecha 13/11/2023 se realizó 1109P_Comunicación Traslado del IET
En fecha 21/11/2023 se realizó Publicación Solicitud
En fecha 21/11/2023 se realizó Publicación Folleto Solicitud con IET (A1)
En fecha 07/02/2024 se realizó 5215P_Observaciones del solicitante al IET, Opinión Escrita y/o alegaciones a observaciones de terceros
En fecha 20/02/2024 se realizó Validación petición y/o pago de examen sustantivo conforme
Pagos:
21/06/2023 - Pago Tasas IET