Cimentacion superficial industrializada.
La presente invencion se refiere a una cimentacion directa modulable, que esta formada por unos componentes industrializados que permiten una transmision de cargas al terreno a traves de una superficie distribuida en red ramificada.
La cimentacion esta constituida por una serie de modulos, que presentan una gran versatilidad al poder adaptarse a diferentes posiciones y cargas de los pilares estructurales a soportar, asl como a variadas caracterlsticas resistentes de los terrenos sobre los que se apoya.
Su uso general esta previsto para construcciones ligeras, preferiblemente con cargas medianas y bajas. Este sistema de cimentacion es aplicable a suelos medios y tambien a terrenos compactos y duros.
La invencion resulta de aplicacion en aquellos sectores en los que se disenen, fabriquen, produzcan, utilicen o construyan cimentaciones directas, como por ejemplo el sector de la construccion, en el de las industrias manufactureras diversas o en las industrias que reciclen residuos solidos de la construccion.
Estado de la tecnica
Actualmente, las cimentaciones superficiales se presentan en diferentes tipologlas, todas ellas, a saber:
- Cimentaciones directas convencionales: son cimentaciones superficiales constituidas por elementos lineales planos o elementos superficiales planos con importantes masas de hormigon armado, y que distribuyen las cargas que provienen de la estructura en un espacio concentrado sobre un plano horizontal del terreno. Los tipos principales de cimentaciones directas son zapata aislada, zapata combinada, zapata corrida, pozo de cimentacion, emparrillado y losa (Espana. Codigo Tecnico de la Edificacion. Seguridad Estructural: Cimientos. BOE 17 Marzo 2006).
- Cimentaciones superficiales prefabricadas: constituidas por elementos prefabricados de hormigon armado, normalmente zapatas, que tienen por objetivo transmitir las cargas que provienen de la estructura en un espacio concentrado sobre un plano horizontal del terreno.
- Cimentaciones de efecto membrana (Shell foundations) : son estructuras laminares basadas en el efecto membrana, normalmente con geometrla compleja, y que distribuyen las cargas que provienen de la estructura sobre superficies principalmente no planas y con diverso tipo de continuidad en el contacto elemento- suelo. Los tipos principales son paraboloide hiperbolico, membrana conica, domo, paraboloide ellptico, lamina cillndrica, lamina circular, y laminas plegadas (Y. A. Pronozin and A. D. Gerber. CYLINDRICAL SHELL FOUNDATIONS. ISBN-13: 98709742019-8-6. 2011 Backbone Publishing Company).
Existen importantes problemas relacionados con la utilizacion de las cimentaciones directas convencionales. En primer lugar, se presenta el grave problema de la gran
cantidad de hormigon a utilizar para cada una de estas cimentaciones convencionales, ya que en ellas existe la necesidad de concentrar las tensiones en torno al pilar sustentante y esto establece unos elementos estructurales de grandes dimensiones.
Ademas, tambien se plant ea el grave problem a relacionado con la falta de rapidez durante la ejecucion de estas cimentaciones, tanto por la parte de la colocacion y organizacion de los elementos de encofrado, como del tiempo de espera para curado del material estructural, esto es, del fraguado del hormigon (el fraguado final del hormigon convencional es de 28 días). Otro problema muy importante es la complejidad de la ejecucion de cada uno de estos elementos, ya que hormigonar "in situ" requiere de unos moldes o encofrados, cuya su colocacion y montaje son siempre complicados y por tanto requieren una mano de obra muy especializada. Otro inconveniente es el dificultoso control que debe llevarse a cabo del proceso constructivo durante esta tarea de cimentacion, y que en algunas ocasiones pone en duda las propiedades mecanicas de los materiales, llegando en algunos casos a apreciarse variaciones importantes con respecto a las especificadas en el proyecto. Adicionalmente, aparece otro problema a consecuencia de las condiciones meteorologicas existentes en el momento de realizar la obra, ya que puede darse el caso de que en ese momento y en ese lugar no pueda ser viable verter el hormigon para estas cimentaciones convencionales, debido a las bajas temperaturas (o a temperaturas muy altas) donde este material pierde parte de sus propiedades. Finalmente, este tipo de cimentaciones convencionales presentan otro grave problema respecto a las posibles reformas a llevar a cabo en la vida util de un edificio o construccion en general, ya que este puede estar sometido a diferentes necesidades de uso. En la sociedad actual esta muy presente el tema de la rehabilitacion de edificaciones, y con la rigidez de diseno de los sistemas convencionales no es posible adaptarse a nuevas disposiciones estructurales. Asl, con los sistemas tradicionales, si un pilar esta unido a una determinada zapata, esta situacion se mantendra a lo largo de la vida util del edificio o construccion en general, y por tanto no va a permitir cambios de diseno. Sin embargo, es muy probable que el edificio o construccion pueda tener diferentes usos o funciones y que por tanto, en muchos casos, sea necesario un replanteamiento general del esquema estructural para adaptarse a las nuevas necesidades.
Por otro lado tenemos a las cimentaciones superficiales prefabricadas, que a pesar de resolver el problema del hormigonado "in situ", presentan el inconveniente de ser estructuras pesadas y por tanto se requiere maquinaria de gran capacidad de carga para poder colocarla en el lugar adecuado. Ademas tambien presentan el problema de la poca flexibilidad de adaptacion a diferentes cargas y tambien a diferentes tipos de terreno. Tambien presentan problemas a la hora de nuevas adaptaciones estructurales a lo largo de la vida util del edificio o construccion en general. La concentracion de tensiones bajo estos elementos dificulta una distribucion de estas cargas a una superficie mayor de terreno, y por tanto su diseno sigue siendo de grandes dimensiones.
En cuanto los problemas presentados por parte de las cimentaciones de efecto membrana, se puede decir que, aunque si presentan ventajas respecto a las cimentaciones convencionales respecto a la cantidad de material resistente a utilizar (normalmente hormigon armado) , su uso y utilizacion es muy complejo debido principalmente a la dificultad de obtener superficies de diversa curvatura con los materiales estructurales convencionales. Estas estructuras con efecto membrana se distinguen precisamente por un aprovechamiento muy eficiente del material estructural, puesto que con muy poco espesor de material resistente se obtienen laminas con gran
capacidad de carga. Sin embargo, estas laminas con superficies de curvatura con diversa tipologla presentan una geometrla muy compleja de materializar, lo que dificulta su uso generalizado. Ademas, esta geometrla habrla que asumirla tambien en el terreno portante y por tanto supone un problema de ejecucion y rapidez.
Otra dificultad que tambien presentan estas cimentaciones de efecto membrana es el escaso control llevado a cabo tanto de los material es como del propio proceso constructivo durante la tarea de cimentacion, lo que en algunas ocasiones llega a poner en duda las propiedades mecanicas de los materiales. Teniendo en cuenta que estos elementos son de espesores pequenos, es extremadamente importante realizar controles de calidad muy precisos y minuciosos. Ademas, tambien aparece otro problema a consecuencia de las condiciones meteorologicas existentes en el momento de realizar la cimentacion, que pueden impedir el avance de los trabajos y retrasar consiguientemente la realizacion de la obra.
Finalmente, este tipo de cimentaciones de efecto membrana tambien presenta el grave problema respecto a las posibles reformas a llevar a cabo en la vida util de un edificio o construccion en general, ya que este puede estar sometido a diferentes y variables necesidades de uso. Por otra parte, actualmente se esta trabajando mucho en el campo de la rehabilitacion de edificaciones y, con la rigidez de diseno de estos sistemas de cimentacion con efecto membrana, no es posible adaptarse a nuevas situaciones estructurales. Asl, si un pilar esta unido a una determinada lamina tipo paraboloide hiperbolico, esta situacion se mantendra a lo largo de la vida util del edificio o construccion, y por tanto no va a permitir cambios de diseno estructural. Sin embargo, es muy probable que para el edificio o construccion se requieran diferentes usos o funciones y por tanto resultana necesario un replanteamiento general del esquema estructural para adaptarse a las nuevas necesidades.
En las cimentaciones prefabricadas de efecto membrana, si bien es verdad que resuelven algunos de los problemas anteriores, sigue presente el tema de concentracion de tensiones en el terreno en las proximidades del soporte, lo que limita el campo de actuacion dejando al resto del terreno ocupado por la planta sin carga alguna mientras que en el entorno del soporte o pilar las acciones son maximas. Tambien presentan el inconveniente de ser muy compleja su utilizacion, lo cual supone un grave inconveniente para generalizar y universalizar el sistema de cimentacion haciendolo mas accesible y variable. Tampoco permite organizar el sistema de cimentacion para adaptarse a las diferentes cargas o a los diferentes tipos de suelo.
Descripcion de la invencion
La presente invencion se refiere a una cimentacion superficial directa modulable que comprende un sistema estructural compuesto una serie de modulos, que pueden o no estar conexionados entre si, que se encargan de recibir las cargas de los pilares de la estructura a soportar y transmitirlas al terreno. Esta transmision de cargas al terreno se produce a traves de una base central de reparto de cargas, a la que se ensambla una serie de brazos radiales. Estos brazos van a recibir las cargas de la base central y las transmiten al terreno, distribuyendose a traves de una superficie ramificada.
Una de las principales caracterlsticas de la cimentacion de la invencion es que permite el aumento del volumen de influencia del terreno resistente cargado sobre el que se asienta el soporte, pilar o pilares de la estructura a soportar. De esta manera, el bulbo de
tensiones, en vez de establecerse unicamente bajo un elemento tipo "zapata" de una forma un tanto confinada en su entorno inmediato inferior, se establece como un conjunto de pseudo-cilindros de bulbos de tensiones, que por un lado van a interaccionar entre ellos y por otro lado se van a alargar a traves de toda la longitud del dedo o la red ramificada correspondiente, transmitiendo de esta forma cargas al terreno a distancias superiores al entorno inferior confinado del pilar actuante. La red ramificada permite aumentar el volumen de interaccion de las cargas provenientes del soporte con el terreno que las tiene que asumir.
Su uso general esta previsto para construcciones ligeras, preferiblemente con cargas medianas y bajas. Este sistema de cimentacion es aplicable a suelos medios y tambien a terrenos compactos y duros. En otros casos, como suelos flojos y blandos, tambien podrla tener aplicacion aunque habrla que especificar las caracterlsticas mecanicas. Ademas, tambien se puede aplicar sobre terrenos constituidos por rocas.
El sistema presenta una gran flexibilidad que permite la adaptacion a construcciones con diferentes esquemas estructurales. Asl, la separacion entre centros de pilares estructurales, y por tanto de modulos, se establece en funcion de la serie de dimension multimodular preferente para dimensiones horizontales 3M (segun UNE 41604: 1997; ISO 2848: 1989) , partiendo de una distancia minima de 12M (M = 100 mm) y por tanto supone 1200 mm de separacion minima. Asl podemos obtener las siguientes distancias entre centros: 12M, 15M, 18M, 21 M, 24M, 27M, 30M, 33M, 36M, 39M, 42M, 45M y 48M, ademas de otras combinaciones entre ellas.
De acuerdo con la invencion, la cimentacion esta constituida por una serie de modulos, cada uno compuesto por una base central superior sobre la que descansara la estructura a soportar, y por una serie de brazos radiales inferiores encargados de transmitir las cargas al terreno. La base central apoya y va unida en posicion centrada a los brazos radiales, los cuales sobresalen respecto de la base central.
El sistema puede utilizarse como zapata individual o como sistema de cimentacion conjunto, constituyendo una autentica reticula de cimentacion. Ante la necesidad de formar un sistema lo mas compacto posible se disponen arriostramientos sencillos o dobles (en este caso en forma de cruz de San Andres) , pudiendo incorporar tensores convencionales para unir los diferentes elementos del sistema. Ante el caso de terrenos con deficientes caracterlsticas mecanicas superficiales, o tambien debido a importantes acciones horizontales sobre la estructura del edificio o construccion en general (como pueden ser fuertes vientos) , el sistema admite la incorporacion de pilotes que permiten anclar al terreno el sistema de cimentacion conjunto. T ambien de esta forma se garantiza la estabilidad global de la construccion cuando la poca masa de hormigon utilizado por la cimentacion pudiese suponer un problema de inestabilidad.
Segun una posible forma de ejecucion, la base central esta compuesta por al menos una placa de anclaje superior y un disco inferior.
- La placa de anclaje superior es el elemento que recibe las cargas del pilar estructural y las transmite al resto de la cimentacion. Puede estar unida al pilar de la estructura a soportar por medio de una union con soldadura. Tambien la union pilar-placa puede realizarse por medio de otra placa de anclaje auxiliar que pertenece al conjunto del pilar y esta rlgidamente unida a el, lo que permite realizar la union de la placa de anclaje con la placa de anclaje auxiliar mediante tornillerla. Otro tipo de
union puede ser ensamblando un elemento macho (solidario a la placa) que se acople con un elemento hembra perteneciente al pilar, permitiendo de una manera facil su ensamblaje. Preferiblemente, esta placa de anclaje sera circular, con los consiguientes taladros que circundan su perlmetro y permiten disponer los tornillos o pernos roscados que solidarizan este elemento con el disco inferior. La tornillerla que puede acoplarse va a permitir poder regular la altura y verticalidad del pilar, ya que existe una ligera separacion de este elemento respecto al disco inferior. En funcion de la colocacion y apriete de los tornillos, tendremos las diferentes formas de conexion estructural entre pilar y cimentacion, asl podemos introducir en la base del pilar un apoyo articulado o un empotramiento.
El disco inferior reparte las cargas provenientes del pilar sobre los brazos radiales, para que estos a su vez las transmitan al suelo. Es un cuerpo solido constituido por un cilindro de pequena altura, y donde aparecen una serie de radios constituidos por llneas de taladros, de tal forma que puedan acoplarse los tornillos o pernos roscados que sean requeridos en cada caso.
Los brazos radiales pueden estar constituidos por dos tram os alineados y conectados mediante piezas de union acanaladas. El tramo interno es el encargado de recibir las cargas directamente del disco inferior para distribuirlas sobre el terreno circundante y a su vez transmitir parte de estas cargas al tramo externo, lo que va a permitir un reparto de cargas sobre una mayor amplitud de terreno. Es un elemento lineal, tipo barra, donde lleva incorporados unos agujeros que permiten su union a la placa de anclaje y a su vez al tramo externo, o a una viga riostra si fuese necesario.
El tramo externo de los brazos radiales se encarga de recibir cargas a traves del tramo interno y distribuirlas al suelo circundante. A su vez puede estar acoplada a una viga riostra que va a ayudar a repartir las cargas y tambien a impedir los desplazamientos relativos entre los diferentes elementos que componen el sistema de cimentacion. Tambien es un elemento lineal, tipo barra, donde lleva incorporados unos agujeros que permiten su union con el tramo interno y a su vez con una viga riostra si fuese necesario.
- Asl pues, denominamos modulo al conjunto resistente constituido por placa de anclaje superior, disco inferior y brazos radiales (formados estos por el tramo interno y el tramo externo) todo ello ensamblado, de tal forma que constituya una entidad estructural dentro del sistema global de cimentacion del edificio o construccion en general. Sobre estos elementos van a aplicarse directamente las cargas provenientes de los pilares de una edificacion o construccion en general. A su vez estos modulos se pueden unir entre ellos constituyendo una red ramificada por toda la superficie de cimentacion.
Los diferentes modulos que forman la cimentacion pueden ir relacionados mediante vigas de atado intermedias, de forma tal que estos elementos eviten el desplazamiento relativo de un modulo respecto a otro. Ademas, a traves de las vigas de atado se va a realizar una redistribucion de las cargas entre los diferentes modulos, activando una mayor transmision de las cargas al terreno circundante.
Los tramos interno y externo de los brazos radiales van conectados mediante piezas de union, que van a garantizar la transmision de esfuerzos entre el tramo interno y el tramo externo. Asl tendremos unas piezas en forma de seccion en U, con superficies planas y
con una geometria muy sencilla y facil de fabricar. Tambien necesitaremos este tipo de piezas en U para la union entre brazos radiales y vigas de atado, conform ando articulaciones que van a garantizar la transmision de esfuerzos normales entre los brazos radiales y las vigas de atado.
Los brazos radiales alineados pertenecientes a modulos adyacentes se pueden conectar a traves de un tensor.
Estos tensores son elementos convencionales que se van a encargar de unir los brazos radiales o vigas de atado segun las necesidades de cada caso particular. Estos elementos mantienen la separacion constante entre los elementos conectados a ellos y por tanto van a contribuir al reparto de cargas entre los diferentes elementos del sistema de cimentacion. El sistema precisara diferentes tamanos dependiendo de la distancia a arriostrar y tambien de la carga transmitida. Los tensores se conectan a los brazos radiales y/o vigas de atado mediante elementos de conexion constituidos por piezas en forma de U, que permiten realizar una transmision de cargas entre los brazos radiales y tensores o entre vigas de atado y tensores.
Los brazos radiales, al menos parte de los mismos, pueden ir anclados al terreno mediante pilotes que permiten la transmision de cargas de la cimentacion. De esta forma, se mejora el anclaje y tambien se aumenta la estabilidad del conjunto del sistema de cimentacion. La union se produce en el tramo interno o en el tramo externo de los brazos radiales. Cada tramo puede llevar una conexion a pilote, varias o ninguna. Del mismo modo, las vigas de atado pueden ir ancladas al terreno mediante pilotes, en funcion de las exigencias de la cimentacion.
Para realizar la conexion entre los diferentes elementos de union pueden utilizarse tornillos o pernos roscados, con las correspondientes tuercas y arandelas.
En una realizacion preferida, la placa de anclaje superior es de acero de construccion, acero galvanizado, acero inoxidable, o de otras aleaciones de metales, fibras o una combinacion de ellos. La placa de anclaje es el elemento que recibe las acciones de los pilares de la estructura y, por tanto, los materiales que constituyen esta placa de anclaje deben asegurar un nivel adecuado de resistencia, rigidez y durabilidad de tal forma que garanticen su buen funcionamiento y estabilidad a lo largo del tiempo. En una realizacion mas preferida seria una placa plana a la que se le ha soldado o unido un elemento tipo macho, constituido por un tubo o pequeno trozo de perfil cerrado, mediante el cual se permita un ensamblaje facil, tipo macho-hembra, con el pilar correspondiente.
En una realizacion preferida el disco inferior es de hormigon armado, acero galvanizado, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales, fibras o una combinacion entre ellos. El disco inferior es el elemento encargado de repartir las cargas que recibe de la placa de anclaje y que provienen a su vez del pilar, o de otros elementos estructurales, para transmitirlas y repartirlas a cada una de los tramos de los brazos radiales apoyados sobre el terreno. Los materiales que constituyen este disco inferior deben asegurar el nivel adecuado de resistencia, rigidez y durabilidad de tal forma que garanticen su buen funcionamiento y estabilidad a lo largo del tiempo. Una realizacion mas preferida seria con la utilizacion de hormigon ligero de altas prestaciones. Una realizacion aun mas preferida seria que este disco inferior fuese hueco, llevando incorporados nervios de refuerzo interiores, y realizada con diferentes materiales como acero galvanizado, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales, fibras o una combinacion entre ellos.
En una realizacion preferida el tramo interno de los brazos radiales es de hormigon armado, acero galvanizado, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales, fibras o una combinacion entre ellos. El tramo interno es el elemento encargado de absorber las cargas que recibe del disco inferior y que provienen del pilar, o de otros elementos estructurales, para distribuirlas sobre el terreno y a su vez transmitirlas a cada una de los tramos externos, aumentando la superficie y por tanto el volumen de terreno que interacciona con la cimentacion. Los materiales que constituyen este tramo interno deben asegurar el nivel adecuado de resistencia, rigidez y durabilidad de tal forma que garanticen su buen funcionamiento y estabilidad a lo largo del tiempo. Una realizacion mas preferida serla con la utilizacion de hormigon ligero de altas prestaciones. Una realizacion aun mas preferida serla que este tramo fuese hueco, llevando incorporados nervios de refuerzo interiores, y realizada con diferentes materiales como acero galvanizado, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales, fibras o una combinacion entre ellos.
En una realizacion preferida el tramo externo es de hormigon armado, acero galvanizado, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales, fibras o una combinacion entre ellos. El tramo externo es el elemento encargado de repartir las cargas que recibe del tramo interno y que a su vez provienen del pilar o de otros elementos estructurales, para repartirlas al terreno. Tambien puede estar unido a vigas de atado con el objetivo de mantener las distancias relativas entre los diferentes modulos y tambien logicamente la de transmitir cargas al terreno sobre el que se apoya. Los materiales que constituyen este tramo externo deben asegurar el nivel adecuado de resistencia, rigidez y durabilidad de tal forma que garanticen su buen funcionamiento y estabilidad a lo largo del tiempo. Una realizacion mas preferida para este tramo externo se obtendrla cambiando su geometrla para disponer de un perfil en forma de T invertida, de tal manera que aumentase la superficie de contacto con la superficie del terreno y por tanto consiguiendo una mejor distribucion de cargas sobre el volumen de terreno interactuado. Una realizacion aun mas preferida serla con la utilizacion de hormigon ligero de altas prestaciones. Una realizacion aun mas preferida serla que este tramo externo fuese hueco, llevando incorporados nervios de refuerzo interiores, y realizada con diferentes materiales como acero galvanizado, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales, fibras o una combinacion entre ellos.
En una realizacion preferida las vigas de atado son de hormigon armado, acero galvanizado, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales, fibras o una combinacion entre ellos. Las vigas de atado son los elementos encargados de mantener las distancias relativas entre los diferentes modulos y tambien transmitir cargas al terreno sobre el que se apoyan. Los materiales que constituyen estas vigas de atado deben asegurar el nivel adecuado de resistencia, rigidez y durabilidad de tal forma que garanticen su buen funcionamiento y estabilidad a lo largo del tiempo. Una realizacion mas preferida para estas vigas de atado se obtendrla cambiando su geometrla para disponer de un perfil en forma de T invertida de tal manera que la parte superior de la T es la que quedarla en contacto con el suelo, ampliando de esta manera la superficie de contacto y por tanto ampliando la distribucion de cargas sobre el terreno. Una realizacion aun mas preferida serla con la utilizacion de hormigon ligero de altas prestaciones. Una realizacion aun mas preferida serla que la viga de atado fuese hueca, llevando incorporados nervios de refuerzo interiores, y realizada con diferentes materiales como acero galvanizado, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales, fibras o una combinacion entre ellos.
En una realizacion preferida los elementos de union lineal son de acero galvanizado, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales, fibras o una combinacion entre ellos. Estos elementos de union lineal son los encargados de recibir las cargas del tramo interno y transmitirlas al tramo externo. Tambien son utilizados para transmitir las cargas del tramo externo a la viga riostra correspondiente. Este elemento permite mantener solidarios los tramos de los brazos radiales y las vigas de atado con el fin de redistribuir las cargas actuantes sobre el terreno y mantener las distancias relativas entre los diferentes modulos. Los materiales que constituyen esta pieza de union lineal deben asegurar el nivel adecuado de resistencia, rigidez y durabilidad de tal forma que garanticen su buen funcionamiento y estabilidad a lo largo del tiempo. Una realizacion mas preferida para este elemento de union lineal se obtendrfa modificando su geometrla para adaptarse al perfil en forma de T invertida para los casos en los cuales se utilicen tanto los tramos de las vigas radiales como las vigas riostras con este tipo de perfil.
En una realizacion preferida el elemento de union lineal para articulacion es de acero galvanizado, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales, fibras o una combinacion entre ellos. Este elemento de union lineal para articulacion es el encargado de recibir las cargas del tramo externo y transmitirlas a las vigas de atado. Este elemento permite mantener una continuidad estructural entre los diferentes elementos tanto los tramos de las vigas radiales con las vigas de atado o tambien entre diferentes vigas de atado con el fin de redistribuir las cargas actuantes sobre el terreno y mantener las distancias relativas entre los diferentes modulos. Los materiales que constituyen esta pieza de union lineal deben asegurar el nivel adecuado de resistencia, rigidez y durabilidad de tal forma que garanticen su buen funcionamiento y estabilidad a lo largo del tiempo. Una realizacion mas preferida para este elemento de union lineal para articulacion se obtendrfa modificando su geometrla para adaptarse al perfil en forma de T invertida para los casos en los cuales se utilicen tanto los tramos de las vigas radiales como las vigas de atado con este tipo de perfil.
En una realizacion preferida el elemento de conexion para tensores es de acero galvanizado, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales. Este elemento de conexion para tensores resulta necesario para realizar la union entre tramos de las vigas radiales y tensores o entre vigas de atado y tensores. Es el encargado de arriostrar y por tanto de mantener constante la distancia entre los diferentes modulos, y seran de gran utilidad en los casos que tengamos que disponer de cruces de San Andres. Los materiales que constituyen este elemento de conexion para tensores deben asegurar el nivel adecuado de resistencia, rigidez y durabilidad, de tal forma que garanticen su buen funcionamiento y estabilidad a lo largo del tiempo.
En una realizacion mas preferida los tensores seran de acero galvanizado, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales. Estos tensores seran los encargados de unir tramos de las vigas radiales o vigas de atado segun las necesidades, donde mantienen constante la distancia entre los diferentes modulos, y de mantener una continuidad estructural. Los materiales que constituyen estos tensores deben asegurar el nivel adecuado de resistencia, rigidez y durabilidad, de tal forma que garanticen su buen funcionamiento y estabilidad a lo largo del tiempo.
En una realizacion preferida el elemento de conexion con pilote es de acero galvanizado, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales. Este elemento de conexion con pilote resulta necesario para realizar la union entre el tramo interno de las vigas radiales con un pilote, entre el tramo externo con un pilote o entre una viga de atado y un pilote. Este
elemento se encarga de anclar el sistema de cimentacion al suelo a traves del pilote. Los materiales que constituyen este elemento de conexion con pilote deben asegurar el nivel adecuado de resistencia, rigidez y durabilidad de tal forma que garanticen su buen funcionamiento y estabilidad a lo largo del tiempo.
En una realizacion preferida el pilote presenta una armadura de acero, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales, en forma de tubo, barra o cualquier tipo de perfil, con la correspondiente envolvente de lechada de mortero a presion, tanto interior como exterior. El pilote es el encargado de anclar el sistema de cimentacion al suelo y tambien transmitir las cargas al terreno. Los materiales que constituyen este elemento de conexion con pilote deben asegurar el nivel adecuado de resistencia, rigidez y durabilidad de tal forma que garanticen su buen funcionamiento y estabilidad a lo largo del tiempo.
En una realizacion mas preferida los tornillos o pernos roscados seran de acero galvanizado, acero inoxidable o de otras aleaciones de metales. Estos tornillos seran los encargados de unir y conexionar los diferentes elementos de la cimentacion. Estos elementos llevaran sus correspondientes arandelas y tuercas. Los materiales que constituyen estos tornillos, arandelas y tuercas deben asegurar el nivel adecuado de resistencia, rigidez y durabilidad de tal forma que garanticen su buen funcionamiento y estabilidad a lo largo del tiempo.
La invencion proporciona un sistema de cimentacion adaptable a diferentes requerimientos tecnicos (cargas y resistencia del terreno) y modulable a conveniencia de la construccion a la que va a servir de apoyo, al establecerse una transmision de cargas al terreno a traves de una superficie distribuida en red ramificada.
Una de las principales ventajas del sistema de cimentacion de la invencion es que permite el aumento del volumen de influencia del terreno resistente cargado sobre el que se asienta el pilar o pilares actuantes. De esta manera, el bulbo de tensiones, en vez de establecerse unicamente en el entorno inmediato del punto de actuacion de la carga (como podría ser el caso bajo un elemento tipo "zapata") , se establece en un conjunto de pseudo-cilindros de bulbos de tensiones, constituidos por la parte inferior de cada una de los brazos radiales del sistema de cimentacion. Estos pseudo-cilindros de bulbos de tensiones se van a alargar a traves de toda la longitud de los brazos radiales constituyendo una autentica red ramificada, lo que va a permitir la transmision de cargas al terreno a distancias superiores al entorno inmediato del punto de actuacion de la carga, normalmente a traves de un soporte o pilar.
Tambien presenta la ventaja de estar constituido por elementos prefabricados e industrializados y, por tanto, intercam biables en funcion de unas distancias que estan sometidas a un patron modular amplfo, lo que permite su aplicacion para una gran variedad de geometrlas de sistemas estructurales. Las separaciones entre ejes de pilares, y por tanto entre centros de modulos, estan establecidas en funcion de la serie de dimension multimodular preferente para dimensiones horizontales 3M (segun UNE 41604:1997; ISO 2848:1989) , partiendo de una distancia minima de 12M, esto es 1200 mm.
En funcion del tipo de suelo y de las acciones aplicadas en los pilares y soportes, el sistema de la invencion permite la disposicion de un numero mayor o menor de elementos modulados ensamblados entre si, que entran en contacto con el terreno, 5
logrando de esta forma aumentar o disminuir la superficie de transmision de cargas al terreno.
Ademas:
- Presenta una gran facilidad de montaje y no requiere mano de obra especializada.
- Los elementos son muy manejables y pueden ser acoplados por dos personas sin necesidad de utilizar sistemas mecanicos de manutencion, tipo gruas.
- El sistema de cimentacion puede modificarse a lo largo de la vida util de la edificacion, lo que permite modificar los esquemas estructurales iniciales para obtener nuevas distribuciones en la edificacion o construccion en general.
- Presenta la posibilidad de realizar una malla ramificada con arriostramiento perimetral evitando el desplazamiento relativo de los diferentes elementos de cimentacion, obteniendose de esta manera un sistema estable. A su vez, permite triangulaciones que estabilizan el sistema y tienen la posibilidad de aumentar la superficie de contacto con el terreno circundante, lo que producira un mejor reparto de la carga sobre el terreno. En casos mas complicados, estas triangulaciones pueden llevarse a cabo en dos diagonales formando cruces de San Andres, obteniendose con esta disposicion una mayor transmision de carga al terreno y por tanto aportando una mayor estabilidad al sistema de cimentacion.
La invencion resulta de aplicacion en aquellos sectores en los que se disenen, fabriquen, produzcan, utilicen o construyan cimentaciones directas, como por ejemplo en el sector de la construccion, en el de las industrias manufactureras diversas o en el de las industrias dedicadas al reciclaje de residuos solidos de la construccion.
Breve descripcion de los dibujos
En los dibujos adjuntos se muestra un ejemplo de realizacion, no limitativo, de una cimentacion construida de acuerdo con la invencion y donde:
- La Fig. 1 muestra en perspectiva uno de los modulos de la cimentacion.
- La Fig. 2 es una vista similar a la Fig. 1, mostrando las diferentes piezas que conforman un modulo.
- La Fig. 3 muestra en perspectiva una placa de anclaje.
- La Fig. 4 es una vista similar a la Fig. 3, mostrando una variante de ejecucion de la placa de anclaje.
- La Fig. 5 muestra en perspectiva el disco inferior.
- La Fig. 6 muestra en perspectiva el tramo interno de los brazos radiales.
- La Fig. 7 muestra en perspectiva el tramo externo de los brazos radiales.
- La Fig. 8 muestra una variante de ejecucion del tramo externo de los brazos radiales.
- La Fig. 9 muestra una de las vigas de atado.
- La Fig. 10 muestra una pieza de union de los tramos de las vigas radiales.
- La Fig. 11 muestra una pieza de union lineal para articulacion.
- La Fig. 12 muestra una pieza de union lineal en T.
- La Fig. 13 muestra una pieza de union para tensores.
- La Fig. 14 muestra un tensor.
- La Fig. 15 muestra un modulo al que se han conexionado varios pilotes.
- La Fig. 16 muestra los diferentes elementos que permiten unir un pilote con el modulo.
- La Fig. 17 a la Fig. 19 muestran otros tantos esquemas, en planta, de una cimentacion.
- La Fig. 20 muestra la union de una diagonal por medio de un tensor.
- La Fig. 21 muestra otra posible variante de ejecucion de la cimentacion.
- La Fig. 22 muestra una variante mas de ejecucion de la cimentacion.
- La Fig. 23 muestra en detalle el cruce de dos tensores.
Descripcion detallada de un modo de realizacion
Las caracterlsticas y ventajas de la invencion podran comprenderse mejor con la siguiente descripcion de los ejemplos de realizacion representados en Jos dibujos referenciados.
En la Fig. 1 y la Fig. 2 se muestra una posible forma de ejecucion de uno de los modulos que entran a formar parte de la cimentacion de la invencion.
Este modulo esta constituido por una base central (1) , sobre la que descansara un pilar o componente de la edificacion o estructura a soportar, y por una serie de brazos radiales (2) inferiores, a traves de los que se transmiten las cargas al terreno. La base central (1) esta compuesta por una placa de anclaje superior (3) y por un disco inferior (4).
La placa de anclaje superior (3) , de contorno circular, dispone de taladros (5) [Fig. 3 y Fig. 4], para permitir realizar las conexiones con el resto de los elementos. Bajo la placa de anclaje superior (3) va dispuesto el disco inferior (4) , unidos ambos mediante tornillos o esparragos roscados. Este disco es cillndrico y lleva tambien los consiguientes taladros (5) para permitir los acoplamientos que requiera el sistema de cimentacion en cada caso. Los brazos radiales (2) pueden estar constituidos por dos tramos, uno interno (7) y otro externo (8) conectados a traves de la pieza de union acanalada (9). El tramo interno (7) esta en contacto con el terreno. La union entre el tramo interno (7) y el tramo externo (8) se realizara normalmente por medio de dos piezas de union acanaladas, una inferior y otra superior, de tal forma que mantengan la continuidad mecanica entre los dos tramos.
La union termina formandose con la colocacion de tornillos (6) , con las correspondientes tuercas y arandelas.
En la Fig. 3 se muestra una placa de anclaje superior (3) con 16 radios constituidos por agujeros pasantes distribuidos a 0°, a 15°, a 30°, a 60° y a 90°, para un primer cuadrante del cfrculo. Y esta misma distribucion se repite para el resto de los cuadrantes del cfrculo. En funcion del tipo de union a considerar con el pilar correspondiente, obtendremos dos variedades de placa de anclaje. La primera variedad [Fig. 3] corresponde a una placa de anclaje superior preparada para soldar el pilar o tambien colocar en la parte superior otra segunda placa de anclaje solidaria al pilar o soporte, no representada, y unir ambas placas por tornillerfa. La otra variedad [Fig. 4] corresponde a una placa de superior con conector (10) , permitiendo este elemento la conexion tipo macho-hembra para ensamblar el elemento tipo hembra que vendrfa unido al pilar o soporte correspondiente.
El disco inferior (4) presenta una distribucion de taladros (5) pasantes para realizar los posibles acoplamientos con el resto de los elementos. La distribucion consta de 16 radios constituidos por agujeros pasantes distribuidos a 0°, a 15°, a 30°, a 60° y a 90°, para un primer cuadrante del cfrculo. Y esta misma distribucion se repite para el resto de los cuadrantes del cfrculo. Los acoplamientos se producen entre placa de anclaje superior (3) y disco inferior (4) , y tambien entre el disco inferior (4) y el tramo interno (7) de los brazos radiales (2). El acoplamiento entre el disco inferior (4) y el tramo interno (7) se produce con los tres cfrculos exteriores. Todo ello con los correspondientes tornillos (6) , uno de los cuales, con las correspondientes tuercas y contratuercas, relaciona la placa de anclaje superior (3) el disco inferior (4) y el tramo interno (7) de los brazos radiales (2).
En la Fig. 6 se representan tres tramos internos (7) de los brazos radiales (2) que se referencian con los numeros (7a, 7b y 7c) y que se diferencian esencialmente por su longitud. Estos tramos presentan un chaflan (11) que evita la interferencia con otros tramos internos (7) similares, la dimension del tramo interno (7a) es tal que permite utilizar la serie de dimensiones multimodular 3M (segun UNE 41604: 1997; ISO 2848: 1989) , esto es, la distancia comprendida entre el centro del modulo hasta el final del primer tramo (7a) es de 600 mm. En la parte superior se pueden apreciar los taladros (5) verticales que permiten la union con el disco inferior (4). En la parte lateral tambien existen taladros (5) horizontales que permiten el acoplamiento con otros tramos o vigas de atado. El tramo interno (7b) presenta una dimension que permite modular el sistema en funcion de 3M, correspondiendo en este caso a que la distancia comprendida entre el centro del modulo hasta el final del primer tramo (3b) es de 900 mm. Finalmente, el primer tramo (7c) presenta la particularidad de permitir el acoplamiento de dos modulos separados 1200 mm, entre centros, y por lo tanto seguir modulando con 3M. A su vez, lleva los chaflanes (11) correspondientes, así como los taladros (5) necesarios para ensamblar.
En la Fig. 7 se representa el tramo externo (8) , que tambien puede presentar tres variedades referenciadas con los numeros (8a, 8b y 8c) con longitudes diferentes de 600 mm, 900 mm y 1200 mm respectivamente, permitiendo modular el sistema en 3M. Todos estos elementos llevan los consiguientes taladros (5) para el ensamblaje, tanto para la union entre ellos como para la conexion con el resto de los elementos de la cimentacion.
En la Fig. 8 se muestra una variante de ejecucion del tramo externo (8) de los brazos radiales (2) , con seccion en T invertida y tambien con tres dimensiones de 600 mm, 5
900 mm y 1200 mm, que se referencian respectivamente con los numeros (8d, 8e y 8f) , respectivamente y que permiten modular en 3M. Todos estos elementos llevan los consiguientes taladros (5) para el ensamblaje, tanto para la union entre ellos como para la conexion con el resto de los elementos de la cimentacion.
En la Fig. 9 se muestra una viga de atado (12) que se representa en cinco versiones con las referencias (12a, 12b, 12c, 12d y 12e) , con longitud desde 600 mm, 900 mm, 1200 mm, 1800 mm y 2400 mm respectivamente, lo que permite modular el sistema en 3M (segun UNE 41604: 1997). Todos estos elementos llevan los consiguientes taladros (5) para el ensamblaje, tanto para la union entre ellos como para la conexion con el resto de los elementos de la cimentacion.
En la Fig. 10 se muestra una pieza de union acanalada para la conexion de los tram os interno y externo de las vigas radiales. Esta pieza presenta una seccion en U con taladros (5) en sus paredes. A su vez, lleva un pliegue longitudinal (13) a lo largo del borde de sus alas, de tal forma que aumentan la rigidez de la pieza. Este elemento sirve tanto para la conexion de la parte inferior como de la superior de los tramos internos (7) y externos (8) de los brazos radiales (2). En funcion del numero de tornillos que coloquemos podemos obtener diferentes tipos de conexion. Asl, si colocamos un solo tornillo en cada tramo, obtendremos una articulacion y si por el contrario colocamos los diferentes tornillos en cada uno de los tramos a unir, obtendremos una continuidad estructural rlgida.
La Fig. 11 muestra una segunda pieza de union lineal (14) para articulacion, de gran utilidad para diferentes conexiones. Asl, podemos colocar una union articulada entre el tramo externo (8) de los brazos radiales (2) y las vigas de atado (12). Esta pieza tiene una seccion en forma de U y lleva en sus paredes el borde longitudinal libre con un pliegue (13) , similar a la pieza de la figura 10, que actua como rigidizador del elemento. En cada una de sus paredes tiene dos taladros pasantes enfrentados que permite la colocacion de dos tornillos que conformaran la articulacion.
En la Fig. 12 se muestra una tercera pieza de union (15) , en T, de gran utilidad para realizar el ensamblaje entre el tramo interno (7) y el tramo externo (8) de los brazos radiales (2) , en versiones de seccion en T invertida [Fig. 8]. En este caso, el tercer elemento de union (15) lleva tres taladros (5) pasantes en la parte estrecha y otros tres taladros (5) en la parte ancha, permitiendo de este modo el acoplamiento de un tramo interno (7) de seccion cuadrada con un tramo externo (8) de seccion en T invertida.
La Fig. 13 muestra una cuarta pieza de union (16) para tensores (17) (Fig. 14]. Con esta cuarta pieza de union (16) se pueden unir los tramos internos (7) o tramos externos (8) con los tensores (17) , o las vigas de atado (12) con los tensores (17). La pieza de la Fig. 13 tiene forma de U y lleva los taladros (5) correspondientes para su debido acoplamiento. Su funcion principal es dar continuidad estructural al sistema mediante el arriostramiento a traves de diagonales, manteniendo constante la distancia relativa entre los diferentes elementos de la cimentacion. Esto proporciona una mayor rigidez estructural del conjunto, asl como una mejora en la distribucion de cargas al terreno.
En la Fig. 14 se muestra el tensor con conexiones extremas (18) de ojo, las cuales van a permitir un perfecto acoplamiento entre los diferentes elementos. La conexion se realizara a traves de un pasador (19) [Fig. 20], que conecta la cuarta pieza de union (16) con el tensor (17).
La Fig. 15 muestra un modulo al que se le han conexionado varios pilotes (20) , los cuales van a permitir un mejor anclaje de la cimentacion al terreno y tambien una mejor transmision de carga sobre el suelo. En cada uno de los tramos internos (7) o tramos externos (8) se puede colocar un pilote (20). Tambien se pueden colocar varios pilotes (20). Estos pilotes tambien pueden colocarse sobre las vigas de atado (12).
En la Fig. 16 se muestran los elementos que permiten unir los pilotes (20) con el modulo. Asl, aparece un elemento de conexion superior (21) con un pilote (20) , en forma de U invertida que se ajusta a la forma de la seccion del tramo o viga correspondiente y que tambien lleva incorporados taladros (5) para las conexiones correspondientes. Complementa a este elemento de conexion superior (21) otro elemento de conexion inferior (22) , que a su vez lleva los correspondientes taladros de conexion. Por su parte inferior incorpora un casquillo (23) que permite el acoplamiento directo con el tubo estructural del pilote (20). La union entre el casquillo (23) con los pilotes (20) se realiza por pasadores, con las correspondientes tuercas y arandelas.
La Fig. 17 muestra de forma esquematica y en planta una posible forma de realizacion de la cimentacion de la invencion. Se puede apreciar la gran versatilidad que presenta el sistema y su adaptacion a una gran variedad de geometrlas. Se ha planteado que las separaciones entre ejes de pilares, y por tanto la separacion entre centros de bases centrales (1) de modulos, este establecida en funcion de la serie de dimensiones multimodular preferente para dimensiones horizontales 3M (segun UNE 41604:1997; y ISO 2848:1989) partiendo de una distancia minima de 12M (M = 100 mm) y por tanto esto supone 1200 mm de separacion minima. Asl podemos obtener las siguientes distancias entre centros: 12M, 15M, 18M, 21M, 24M, 27M, 30M, 33M, 36M, 39M, 42M, 45M y 48M, ademas de otras combinaciones entre ellas.
Tambien permite la colocacion de diferente numero de brazos radiales (2) , asl como sus longitudes, para cada uno de los modulos, en funcion del tipo de terreno sobre el que se asientan y del tipo de cargas actuantes.
Ademas se pueden obtener diferentes posiciones, con elementos conexionados y su posible arriostramiento perimetral, simplemente organizando de manera correcta la distribucion de los brazos radiales (2) en los modulos. Asl podemos plantear una distribucion en reticula ortogonal a la que podemos anadir o quitar modulos, en funcion de las necesidades actuales o futuras, con el logico mantenimiento de las distancias modulares antes descritas. Tambien podemos unir los diferentes modulos con vigas de atado (12) para lograr una reticula cerrada para el conjunto de la cimentacion.
La Fig. 18 muestra en perspectiva otros detalles de la cimentacion propuesta. Puede apreciarse una reticula de cimentacion perimetral donde se han colocado modulos aislados, tanto en la parte externa como en la parte interna, de la reticula. Puede plantearse tambien colocar un modulo con los tramos externos (8) de los brazos radiales (2) , con seccion en T invertida, que en este caso concreto corresponde tambien a un elemento aislado, aunque este tipo de tramo externo (8) podrla extenderse a todo o a una parte del sistema de cimentacion si fuese necesario.
Por otra parte, el sistema permite ampliaciones en el sistema estructural de la construccion, simplemente al ir adicionando vigas de atado (12) a los elementos ya colocados y asl podrlamos acoplar nuevos modulos arriostrados al conjunto de la
cimentacion inicial. De forma similar podrlan obtenerse reducciones del sistema de cimentacion.
Tambien podemos ir incorporando modulos con pilotes (20) si el sistema de cimentacion lo requiriese. Una opcion de interes entre las muchas posibilidades existentes seria la colocacion de modulos con uno o varios pilotes en las esquinas externas de la reticula perimetral.
La Fig. 19 muestra otra posible variante de ejecucion de la cimentacion, donde se han form ado triangulaciones que permiten arriostrar los diferentes elementos ortogonales constituidos con el sistema. Asl se obtiene una mejor distribucion, equilibrio y reparto de las cargas al suelo. Las diferentes diagonales pueden estar constituidas con tram os externos (8) o vigas de atado (12) , donde son ensambladas por medio de tensores (1 7) [Fig. 20]. En esta Fig. 20 se muestra la union de una diagonal por medio de un tensor (17) conectado a tramos extremes (8) de brazos radiales (2) mediante la cuarta pieza de union (16) y pasadores (19).
La Fig. 21 muestra una variante mas de ejecucion, donde ademas de introducir arriostramientos en las diagonales de la reticula, se ha cambiado la inclinacion a las diagonales en el centro de la reticula formada, permitiendo de esta manera un mejor arriostramiento del conjunto asl como una optimizacion estructural del sistema.
La Fig. 22 muestra la posibilidad de establecer un doble arriostramiento para la reticula ortogonal obtenida con la cimentacion de la invencion, optimizando de esta forma la superficie de reparto de cargas, asl como mejorando los arriostramientos en diferentes direcciones. Como en los casos anteriores la union se realiza por medio de tensores (17) , que en este caso se cruzan a diferente nivel.
La Fig. 23 muestra un detalle de cruce de dos tensores (17) con un doble arriostra miento.
