ES2582252B1 - CONNECTION SYSTEM OF MIXED CONCRETE AND WOOD STRUCTURES - Google Patents
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Abstract
Sistema de conexión de estructuras mixtas de hormigón y madera#La presente invención se refiere a un sistema de conexión de estructuras mixtas hormigón-madera que comprende al menos un conector que comprende: una cabeza (1) que ancla tirafondo al hormigón que comprende: una cabeza de apriete (2) y al menos una arandela (3); y un cuerpo (4) que comprende a su vez: un cuello sin rosca (5), una zona roscada (6), y una punta autoperforante (7), donde:#el diámetro de la arandela ({ot}{sub,h}) es de 4-8 veces el diámetro del cuello, el espesor de la arandela es de 0.5-0.6 veces el diámetro del cuello, el diámetro del cuello está comprendido entre 4-16 mm, el diámetro de la rosca es menor o igual a 16 mm, el ángulo ({al}) de colocación del tirafondo con respecto al plano de contacto es menor de 90º, la longitud de la rosca, es 13 veces el diámetro de la cresta de la rosca y la longitud del cuello L{sub,c}:#{IMAGEN-01}#Siendo:#{ot}{sub,max} el tamaño máximo de árido#rec el recubrimiento de hormigón#h el espesor de hormigón.Connection system of mixed concrete and wood structures # The present invention relates to a connection system of mixed concrete-wood structures comprising at least one connector comprising: a head (1) anchoring tungsten to the concrete comprising: a tightening head (2) and at least one washer (3); and a body (4) comprising, in turn: a neck without thread (5), a threaded area (6), and a self-drilling tip (7), where: # the diameter of the washer ({ot} {sub, h}) is 4-8 times the diameter of the neck, the thickness of the washer is 0.5-0.6 times the diameter of the neck, the diameter of the neck is between 4-16 mm, the diameter of the thread is smaller or equal to 16 mm, the angle ({al}) of placement of the screw with respect to the contact plane is less than 90º, the length of the thread is 13 times the diameter of the crest of the thread and the length of the neck L {sub, c}: # {IMAGE-01} # Being: # {ot} {sub, max} the maximum aggregate size # rec the concrete coating # h the concrete thickness.
Description
DESCRIPCIÓN DESCRIPTION
SISTEMA DE CONEXIÓN DE ESTRUCTURAS MIXTAS DE HORMIGÓN Y MADERA CONNECTION SYSTEM OF MIXED CONCRETE AND WOOD STRUCTURES
Campo de la invención Field of the Invention
La presente invención se encuadra en general en el campo general de la tornillería metálica para madera y en particular se refiere a un sistema de conexión de estructuras mixtas de 5 hormigón y madera y al uso de las mismas para la rehabilitación de estructuras en las que intervienen vigas de madera que soportan una losa de hormigón. The present invention is generally framed in the general field of metal fasteners for wood and in particular refers to a system for connecting mixed structures of concrete and wood and their use for the rehabilitation of structures in which they intervene wooden beams that support a concrete slab.
A continuación se relacionan algunas patentes que constituyen conexiones en estructuras mixtas de hormigón y madera y otras que comprenden además sistemas para su colocación. 10 Below are some patents that constitute connections in mixed concrete and wood structures and others that also include systems for their placement. 10
La solicitud de patente EP2058448 se refiere a un conector tubular metálico para la transmisión de esfuerzos entre madera y hormigón. Patent application EP2058448 refers to a metallic tubular connector for the transmission of stress between wood and concrete.
En la patente EP 0432484A2 describe un conector en forma de tornillo que sobresale por encima de la madera. EP 0432484A2 describes a screw-shaped connector that protrudes above the wood.
El modelo de utilidad ES 1031656U se refiere a un conector metálico empleando un redondo 15 corrugado doblado en forma de L, que se introduce en la madera. The utility model ES 1031656U refers to a metal connector using a bent round L-shaped corrugated 15, which is inserted into the wood.
En la solicitud de patente EP0717149, se plantea un conector metálico en forma de Z asimétrica, que se introduce levemente en una abertura en la madera y se atornilla en 4 puntos. In patent application EP0717149, an asymmetric Z-shaped metal connector is raised, which is slightly inserted into an opening in the wood and screwed in 4 points.
En el proceso industrial de formación de forjado cabe destacar la solicitud de patente 20 WO96/25566 , que describe una conexión a base de chapas metálicas con clavos a ambos lados de su superficie, colocando las vigas de madera clavadas a ambos lados del mismo, y sobresaliendo la chapa por la parte superior, también con clavos, para conectarla al hormigón. In the industrial forging process, it is worth mentioning patent application 20 WO96 / 25566, which describes a connection based on metal sheets with nails on both sides of its surface, placing the wooden beams nailed to both sides thereof, and protruding the sheet from the top, also with nails, to connect it to the concrete.
En la patente FR 2751355 se describe un conector metálico compuesto por tres partes, un 25 tornillo, una pieza de transición introducida en la madera y una L rigidizada con la finalidad de servir de reten a la fuerza de cortantes en el hormigón armado. Patent FR 2751355 describes a metal connector consisting of three parts, a screw, a transition piece inserted in the wood and a stiffened L in order to serve as a restraint to the shear force in reinforced concrete.
La patente US 5809722 describe un conector formado por una pequeña estructura metálica formada por dos pequeños soportes en forma de C conectados entre sí por la zona superior de las paredes laterales por dos pletinas. Los soportes se atornillan a las vigas de madera y 30 por unos taladros en las pletinas se insertan unas barras de acero que dispuestas US 5809722 discloses a connector formed by a small metal structure formed by two small C-shaped supports connected to each other by the upper part of the side walls by two plates. The supports are screwed to the wooden beams and 30 by some holes in the plates are inserted steel bars that arranged
adecuadamente ayudan eficazmente a transmitir rasantes entre los muros y la losa de hormigón. they adequately help effectively transmit flush between the walls and the concrete slab.
En la patente EP 0939175 A3, se presenta un conector modular en forma de chapa metálica con patas superiores en forma de V que se conecta mediante acanaladuras practicadas en la madera. Los módulos unen con unos tubos de acero que tienen también acanaladuras 5 verticales. In EP 0939175 A3, a modular connector in the form of a metal sheet with V-shaped upper legs is presented, which is connected by grooves made of wood. The modules join with steel tubes that also have 5 vertical grooves.
En la patente FR 2775489, se plantea un conector metálico lineal a la pieza de madera a conectar, aunque no necesariamente en hormigón, sino a un solado. In FR 2775489, a linear metallic connector is proposed to the piece of wood to be connected, although not necessarily in concrete, but to a flooring.
En la solicitud de patente EP 1314828, se plantea un conector en forma de tornillo de cabeza hexagonal, atornillado verticalmente sobre la madera a conectar. 10 In patent application EP 1314828, a hexagonal head screw-shaped connector is raised, screwed vertically on the wood to be connected. 10
En la solicitud de patente EP 2 058 448 A2 se describe un conector en forma de tubo cilíndrico hueco incrustado en la madera. In the patent application EP 2 058 448 A2 a connector in the form of a hollow cylindrical tube embedded in the wood is described.
La patente ES 2326446, describe conectores que consisten en piezas metálicas en forma de U atornilladas a la madera en su cara superior por dos tornillos y finalmente, una pieza vertical se introduce en una acanaladura en la madera. 15 Patent ES 2326446 describes connectors that consist of U-shaped metal parts screwed to the wood on their upper face by two screws and finally, a vertical piece is inserted into a groove in the wood. fifteen
En el modelo de utilidad ES 1075025U, se describe un perno dotado de un estribo de fijación con ganchos que se clavan en la madera y al mismo tiempo se fija a la madera con dos tirafondos. In the utility model ES 1075025U, a bolt with a fixing bracket with hooks that are nailed to the wood and at the same time is fixed to the wood with two screws is described.
La patente ES 2557244, la conexión es una chapa metálica plegada formada por una primera sección plana vertical con agujeros para conectar al hormigón, otra también vertical 20 que es una placa dentada para conectar a la madera, y una tercera sección horizontal para conectar una a la otra formando en conjunto una sección en Z. The patent ES 2557244, the connection is a folded metal sheet formed by a first vertical flat section with holes to connect to the concrete, another also vertical 20 which is a serrated plate to connect to the wood, and a third horizontal section to connect a the other together forming a section in Z.
La patente ES2511992 describe unos conectores que consisten en piezas metálicas en forma de U cuyo interior alberga unas pletinas cruzadas que recogen el hormigón en su interior, atornillada a la madera por dos tornillos y finalmente, con una pieza vertical inferior 25 que se introduce en una acanaladura en la madera, previamente practicada, transmitiendo las rasantes entre hormigón y madera. The ES2511992 patent describes connectors that consist of U-shaped metal parts whose interior houses crossed plates that collect the concrete inside, screwed to the wood by two screws and finally, with a lower vertical piece 25 that is inserted into a grooving in the wood, previously practiced, transmitting the flush between concrete and wood.
Algunas de las conexiones descritas en el estado de la técnica agotan los elementos de ensayo (es lo que se denomina modo de rotura) por aplastamiento local del hormigón alrededor de la base del conector debido a que trabajan a cortante o flexión y en general 30 movilizan poco hormigón en el contacto hormigón-conector. Así sucede con los conectores tipo perno. En otros casos, se rompen por arrancamiento de un cono de hormigón, y en Some of the connections described in the state of the art deplete the test elements (this is what is called the mode of breakage) by local crushing of the concrete around the base of the connector because they work at shear or bending and in general 30 mobilize little concrete in the concrete-connector contact. This is the case with bolt type connectors. In other cases, they are broken by tearing off a concrete cone, and in
otras ocasiones, la rotura se presenta por desgarramiento de la madera debido a la rosca del tornillo o a deslizamiento de una placa dentada. other times, the breakage occurs due to tearing of the wood due to the screw thread or sliding of a toothed plate.
Existe pues la necesidad de proporcionar un sistema que presente mayor resistencia, que tenga una elevada rigidez de la conexión evitando ciertos modos de rotura y con mayor eficacia que los sistemas descritos en el estado de la técnica. 5 There is therefore a need to provide a system that exhibits greater resistance, which has a high rigidity of the connection avoiding certain breakage modes and more effectively than the systems described in the prior art. 5
La presente invención soluciona los problemas del estado de la técnica ya que: The present invention solves the problems of the prior art since:
- proporciona un sistema de conexión entre la madera y el hormigón que hace actuar al conjunto como una estructura mixta de resistencia muy superior a la obtenida por 10 la capacidad de vigas de madera y losa de hormigón sin conectar. - Provides a connection system between wood and concrete that makes the assembly act as a mixed structure of strength far superior to that obtained by the capacity of unconnected wood beams and concrete slab.
- transmite los esfuerzos entre la losa de hormigón y la estructura de madera en forma de tensiones rasantes de tal forma que el conjunto se comporta de forma solidaria y con mayor eficacia que si de dos partes independientes se tratara. - transmits the stresses between the concrete slab and the wooden structure in the form of flush tensions in such a way that the assembly behaves in solidarity and more effectively than if it were two independent parts.
- evita la rotura global por aplastamiento local de hormigón alrededor de la base y 15 evita la rotura por arrancamiento, impidiendo además el desgarramiento de la madera. - prevents global breakage by local crushing of concrete around the base and 15 prevents breakage by tearing, also preventing tearing of the wood.
- aumenta las características resistentes a la flexión. - increases the flexural resistant characteristics.
- transmite los esfuerzos entre la losa de hormigón y la estructura de madera en forma de tensiones rasantes de tal forma que el conjunto se comporta de forma solidaria y 20 con mayor eficacia que si de dos partes independientes se tratara. - transmits the stresses between the concrete slab and the wooden structure in the form of flush tensions so that the assembly behaves in solidarity and 20 more effectively than if it were two independent parts.
Así pues, en un primer aspecto, la presente invención se refiere a un sistema de conexión de estructuras compuestas hormigón-madera, que comprende al menos un conector de tipo tirafondo que comprende: 25 Thus, in a first aspect, the present invention relates to a connection system of composite concrete-wood structures, comprising at least one screw-type connector comprising:
una cabeza configurada para anclar el tirafondo al hormigón que comprende: a head configured to anchor the bolt to the concrete comprising:
una cabeza de apriete, a tightening head,
al menos una arandela, at least one washer,
un cuerpo que comprende a su vez: a body that includes:
un cuello sin rosca, 30 a neck without thread, 30
una zona de rosca, a thread zone,
una punta autoperforante a self-drilling tip
donde: where:
el diámetro de la arandela es de 4 a 8 veces mayor que el diámetro del cuello, The diameter of the washer is 4 to 8 times larger than the diameter of the neck,
el espesor de la arandela es de 0.5 a 0.6 veces el diámetro del cuello, The thickness of the washer is 0.5 to 0.6 times the diameter of the neck,
el diámetro del cuello está comprendido entre 4-16 mm, 5 the diameter of the neck is between 4-16 mm, 5
el diámetro de la rosca es menor o igual a 16 mm, the diameter of the thread is less than or equal to 16 mm,
el ángulo de colocación del tirafondo con respecto al plano de contacto hormigón-madera es menor de 90º the angle of placement of the screw with respect to the concrete-wood contact plane is less than 90º
la longitud de la rosca, es igual a 13 veces el diámetro de la cresta de la rosca, the length of the thread, is equal to 13 times the diameter of the crest of the thread,
la longitud del cuello Lc es: 10 The length of the neck Lc is: 10
siendo being
Φh el diámetro de la arandela Φh the diameter of the washer
Φmax el tamaño máximo de árido Φmax the maximum aggregate size
rec el recubrimiento de hormigón 15 rec the concrete coating 15
α el ángulo de colocación del tirafondo con respecto al plano de contacto α the angle of placement of the screw with respect to the contact plane
h el espesor de hormigón h concrete thickness
En un aspecto más en particular, la cabeza de apriete tiene una forma seleccionada de entre: hexagonal, cuadrada, Allen, Torx. In a more particular aspect, the tightening head has a shape selected from: hexagonal, square, Allen, Torx.
En un aspecto más en particular, el espesor de la arandela es aumentado mediante la 20 inclusión en el sistema de varias arandelas superpuestas unas con otras, de igual o distinto tamaño. In a more particular aspect, the thickness of the washer is increased by the inclusion in the system of several overlapping washers with one another, of equal or different size.
En otro aspecto de la presente invención, el ángulo de colocación del tirafondo con respecto al plano de contacto hormigón-madera es menor o igual a 45º. In another aspect of the present invention, the angle of placement of the screw with respect to the concrete-wood contact plane is less than or equal to 45 °.
En otro aspecto de la presente invención, el tirafondo se coloca en el plano de simetría de la 25 viga de madera. En otro aspecto de la presente invención, el tirafondo no está en el plano de simetría de la viga de madera y se coloca alternativamente a una cierta distancia de éste. In another aspect of the present invention, the screwdriver is placed in the plane of symmetry of the wooden beam. In another aspect of the present invention, the screwdriver is not in the plane of symmetry of the wooden beam and is alternately placed at a certain distance from it.
El ángulo de posicionamiento de las conexiones con respecto al plano de contacto, moviliza una transmisión de rasantes adicional por rozamiento entre la madera y el hormigón que, dependiendo del coeficiente de rozamiento entre la madera y el hormigón puede llegar a ser del mismo o mayor orden de magnitud que el transmitido por la conexión. The angle of positioning of the connections with respect to the contact plane, mobilizes an additional flush transmission by friction between the wood and the concrete which, depending on the coefficient of friction between the wood and the concrete can become of the same or greater order of magnitude than that transmitted by the connection.
5 5
Descripción de las figuras Description of the figures
Figura. 1 muestra el tirafondo con cabeza especial que constituye la conexión, en el que se ha elegido la opción de una cabeza hexagonal, A: vista en alzado, B: vista en planta, C: sección roscada Figure. 1 shows the special head screw that constitutes the connection, in which the option of a hexagonal head has been chosen, A: elevation view, B: plan view, C: threaded section
Referencias y parámetros del tirafondo: 10 References and parameters of the background: 10
1: cabeza 1: head
2: cabeza de apriete 2: tightening head
3: arandela 3: washer
4: cuerpo 4: body
5: zona sin roscar 15 5: unthreaded zone 15
6: zona con rosca 6: threaded area
7: punta 7: tip
∅cr: Diámetro en la cresta de la rosca; ∅f: Diámetro del fondo de rosca; P: Paso de rosca; ∅c: Diámetro del cuello; L: longitud del tirafondo; Lr: Longitud roscada, Lc: Longitud del cuello; ∅h: Diámetro de la arandela; e: espesor en la arandela; K= Profundidad de la cabeza de 20 apriete S= distancia entre caras en caso de cabeza hexagonal ∅cr: Diameter in the crest of the thread; ∅f: Thread bottom diameter; P: Thread pitch; ∅c: Neck diameter; L: length of the screwdriver; Lr: Threaded length, Lc: Neck length; ∅h: Washer diameter; e: thickness in the washer; K = Head depth of 20 tighten S = distance between faces in case of hex head
La figura 2 muestra tres tirafondos con tres tipos de cabeza (1) diferentes: A: vista en planta y en alzado de un tirafondo con cabeza hexagonal, B: vista en planta y en alzado de un tirafondo con cabeza cuadrada, C: vista en planta y en alzado de un tirafondo con cabeza Allen. 25 Figure 2 shows three screws with three different types of head (1): A: plan view and elevation of a hexagonal head screw, B: plan view and elevation of a square head screw, C: view in plan and elevation of a screw with Allen head. 25
La figura 3 muestra tres tirafondos con tres tipos de arandela diferentes: A: vista en planta y en alzado de un tirafondo con arandela X, B: vista en planta y en alzado de un tirafondo con arandela Y, C: vista en planta y en alzado de un tirafondo con arandela Z. Figure 3 shows three bolts with three different types of washers: A: plan and elevation view of a bolt with washer X, B: plan and elevation view of a bolt with washer Y, C: plan view and elevation of a screw with washer Z.
La figura 4 muestra A: esquema de la carga puntual del sistema de la presente invención, B: esquema del esfuerzo cortante, C: esquema del esfuerzo rasante, D: vista de perfil de una 30 Figure 4 shows A: scheme of the point load of the system of the present invention, B: scheme of shear stress, C: scheme of flush effort, D: profile view of a
realización de la presente invención en la que los conectores se colocan con una inclinación α a lo largo del plano de simetría de la viga, E: vista de planta de una realización de la presente invención en la que los conectores se colocan con una inclinación α a lo largo del plano de simetría de la viga y con una separación constante entre los tirafondos. embodiment of the present invention in which the connectors are placed with an inclination α along the plane of symmetry of the beam, E: plan view of an embodiment of the present invention in which the connectors are placed with an inclination α along the plane of symmetry of the beam and with a constant separation between the screws.
La figura 5 muestra: A: el esquema de carga repartida del sistema de la presente invención, 5 B: esquema del esfuerzo cortante, C: esquema del esfuerzo rasante, D: vista de perfil de una realización de la presente invención en la que los conectores se colocan con una inclinación α a lo largo del plano de simetría de la viga, E: vista de planta de una realización de la presente invención en la que los conectores se colocan con una inclinación α a lo largo del plano de simetría de la viga y con una separación variable entre los tirafondos. 10 Figure 5 shows: A: the distributed load scheme of the system of the present invention, 5 B: shear force scheme, C: flush effort scheme, D: profile view of an embodiment of the present invention in which the connectors are placed with an inclination α along the plane of symmetry of the beam, E: plan view of an embodiment of the present invention in which the connectors are placed with an inclination α along the plane of symmetry of the beam and with a variable separation between the screws. 10
La figura 6 muestra una vista en planta de conectores colocados alternativamente respecto al eje. Figure 6 shows a plan view of connectors positioned alternately with respect to the shaft.
La figura 7 muestra A: un montaje con encofrado recuperable y B: un montaje con la técnica habitual. En el montaje A el encofrado se coloca apoyado en unos listones que se atornillan a las vigas de madera como elementos portantes, apuntalando éstas vigas en el centro de 15 luz. En el montaje B no se usan las vigas de madera como elementos portantes, teniendo que apuntalar rodo el encofrado directamente. Figure 7 shows A: an assembly with recoverable formwork and B: an assembly with the usual technique. In assembly A the formwork is placed supported by slats that are screwed to the wooden beams as supporting elements, propping these beams in the center of 15 light. In assembly B the wooden beams are not used as supporting elements, having to prop up the formwork directly.
Descripción detallada de la invención Detailed description of the invention
La presente invención se refiere a un sistema de conexión de estructuras compuestas hormigón-madera de tipo tirafondo que comprende: The present invention relates to a connection system of composite concrete-wood structures of the screw type comprising:
- una cabeza (1) configurada para anclar el tirafondo al hormigón, y un cuerpo (4) que incluye un cuello sin rosca (5) y una zona de rosca (6). Esta última se enrosca en la madera y fija el tirafondo de modo que al cargar se produce una componente que produce en modo 25 último la rotura del tirafondo predominantemente por tracción. - a head (1) configured to anchor the bolt to the concrete, and a body (4) that includes a neck without thread (5) and a thread area (6). The latter is screwed into the wood and fixes the screwdriver so that when loading, a component is produced that produces the bolt breakage predominantly by traction in the latter mode.
La zona roscada (6), que ha de penetrar en madera, es la parte esencial, pues ha de tener longitud suficiente para que, cuando está traccionada, se produzca antes la rotura del tirafondo que el arrancamiento de éste de la madera. El tipo de rosca es fundamental para evitar longitudes más largas. La rosca utilizada es la rosca para maderas naturales 30 DIN:7998, aunque podría variar, pero siempre disminuyendo el diámetro del fondo de rosca The threaded area (6), which has to penetrate into wood, is the essential part, since it must be of sufficient length so that, when pulled, the breakage of the trowel takes place rather than the tearing of the latter from the wood. The type of thread is essential to avoid longer lengths. The thread used is the thread for natural wood 30 DIN: 7998, although it could vary, but always decreasing the diameter of the thread bottom
(es decir en el sentido de aumentar la profundidad del filete), especialmente si se trata de contrachapado u otro tipo de material producido a partir de la madera. (that is, in the sense of increasing the depth of the fillet), especially if it is plywood or other material produced from wood.
La cabeza (1) consta de una parte para conseguir la superficie de apoyo adecuada para la herramienta, cabeza de apriete (2) y de una arandela (3) de mayores dimensiones que la cabeza y que bien puede ser forjada en el mismo cuerpo, o bien puede ser una arandela (3) 5 cautiva junto a la cabeza (1). The head (1) consists of a part to achieve the adequate support surface for the tool, tightening head (2) and a washer (3) of larger dimensions than the head and which may well be forged in the same body, or it could be a washer (3) 5 captive next to the head (1).
La cabeza de apriete (2) (que normalmente es hexagonal, puede ser cuadrada, Allen o cualquier otra que permita el roscado) con una forma tal que se pueda utilizar llave inglesa o fija (hexagonal), llave especial (cuadrada) llave Allen, u otra, de accionamiento manual o, preferentemente eléctrico. Las dimensiones de la cabeza serán las suficientes para permitir 10 a la herramienta embutir la totalidad de la parte roscada en la madera, como es habitual en ésta técnica. The tightening head (2) (which is normally hexagonal, can be square, Allen or any other that allows threading) in such a way that a spanner or a fixed wrench (hexagonal), a special wrench (square) Allen wrench can be used, or other, manually operated or preferably electric. The dimensions of the head will be sufficient to allow the tool to embed the entire threaded part in the wood, as is customary in this technique.
La arandela (3) tendrá un diámetro mucho mayor que el cuerpo con el fin de transmitir tensiones a una zona suficientemente amplia que evite el aplastamiento del hormigón, lo que sucede en los sistemas descritos en el estado de la técnica, y provoca un agotamiento 15 prematuro. En concreto, el diámetro de la arandela (3) es entre 4 y 8 veces mayor que el diámetro del cuello, variando el tamaño en función de las capacidades resistentes del material metálico y el hormigón. The washer (3) will have a much larger diameter than the body in order to transmit stresses to a sufficiently wide area that avoids the crushing of concrete, which happens in the systems described in the state of the art, and causes an exhaustion 15 premature. Specifically, the diameter of the washer (3) is between 4 and 8 times larger than the diameter of the neck, the size varying depending on the resistant capacities of the metallic material and the concrete.
El espesor de la arandela (3) ha de ser suficiente para soportar los esfuerzos cortante y flector que se producen en ésta a la altura del borde de la parte de apoyo de la herramienta. 20 En particular, el espesor de la arandela (3) es de 0,5 a 0,6 veces el diámetro del cuello (5) en función de las capacidades resistentes de los materiales mencionadas anteriormente. The thickness of the washer (3) must be sufficient to withstand the shear and bending forces that occur therein at the height of the edge of the support part of the tool. In particular, the thickness of the washer (3) is 0.5 to 0.6 times the diameter of the neck (5) depending on the strengths of the materials mentioned above.
El cuello (5) es largo en comparación con los tirafondos habituales. Su dimensión dependerá del espesor de losa que se desee que colabore directamente bajo la arandela entre otros aspectos. 25 The neck (5) is long compared to the usual screws. Its dimension will depend on the thickness of the slab that you want to collaborate directly under the washer among other aspects. 25
Su longitud está limitada por un máximo que es el que permite que exista recubrimiento de hormigón suficiente por encima del tirafondo y un mínimo que garantiza que el hormigón pueda penetrar por el espacio que queda entre el conector colocado en ángulo respecto a la madera. Its length is limited by a maximum that is what allows sufficient concrete overlay to exist over the screwdriver and a minimum that ensures that the concrete can penetrate through the space between the connector positioned at an angle to the wood.
La dimensión máxima es función del espesor de la losa, del diámetro de la arandela (3) y del 30 ángulo de inclinación del tirafondo (α). La dimensión mínima es función del tamaño máximo The maximum dimension is a function of the thickness of the slab, the diameter of the washer (3) and the angle of inclination of the bolt (α). The minimum dimension is a function of the maximum size
del árido empleado en el hormigón, del diámetro de la arandela (3) de la cabeza (1) y del ángulo (α) de inclinación del tirafondo. of the aggregate used in the concrete, of the diameter of the washer (3) of the head (1) and of the angle (α) of tilt of the bolt.
El diámetro del cuello (5) del tirafondo ∅c es menor o igual que el de la cresta de rosca (6) con unos límites determinados por una buena transmisión de tensiones hasta la cabeza (1), En concreto, el diámetro del cuello (5) está comprendido entre 4-16 mm. La relación entre 5 límites elásticos (a/c) es otro parámetro que marca las dimensiones de las partes del tirafondo y estará comprendida entre 7 -15. The diameter of the neck (5) of the screw ∅c is less than or equal to that of the thread crest (6) with limits determined by a good transmission of tension to the head (1), specifically, the diameter of the neck ( 5) is between 4-16 mm. The relationship between 5 elastic limits (a / c) is another parameter that marks the dimensions of the parts of the screw and will be between 7 -15.
La punta (7) del tirafondo es autoperforante de modo que penetra en la madera sin necesidad de una guía previa. Cuando se trate de diámetros superiores a 8-10 mm., dependiendo de la calidad y dimensiones de la madera, puede ser preciso un pretaladro. 10 Esto puede ser necesario en estructuras que requieran conectores de gran diámetro, como por ejemplo puentes. The tip (7) of the screwdriver is self-drilling so that it penetrates the wood without the need for prior guidance. In the case of diameters greater than 8-10 mm., Depending on the quality and dimensions of the wood, a pre-drill may be necessary. 10 This may be necessary in structures that require large diameter connectors, such as bridges.
Los tirafondos se colocaron formando un ángulo (α) de colocación del tirafondo con respecto al plano de contacto, menor a 90º de esta manera se posibilita su trabajo a flexotracción. 15 Cuanto menor sea el ángulo, el conector trabajará más netamente a tracción pero se tendrá menor rozamiento entre la madera y el hormigón en el plano de contacto que ayudará en menor medida a la transmisión del esfuerzo rasante, y en consecuencia, hará que el conector soporte mayor carga. The screws were placed forming an angle (α) of placement of the screw with respect to the contact plane, less than 90 ° in this way its work to flexotraction is possible. 15 The smaller the angle, the connector will work more clearly in tension but less friction will be made between the wood and the concrete in the contact plane that will help to a lesser extent the transmission of the flush effort, and consequently, will make the connector support higher load.
Una colocación preferida es cuando el conector está todo él en el plano de simetría de la 20 viga de madera y forma 45º con el plano de contacto. También podría no estar en el plano de simetría de la viga y colocarse alternativamente a una cierta distancia de éste (figura 6). A preferred placement is when the connector is all in the plane of symmetry of the 20 wooden beam and forms 45 ° with the contact plane. It could also not be in the plane of symmetry of the beam and be placed alternately at a certain distance from the beam (figure 6).
El conector se roscó a la madera mediante los instrumentos adecuados a la cabeza (1) que se haya elegido con ayuda de una guía que asegure su colocación con el ángulo (α) elegido, en este caso en concreto (α) =45º. 25 The connector was threaded to the wood by means of the appropriate instruments to the head (1) that was chosen with the help of a guide that ensures its placement with the chosen angle (α), in this case in particular (α) = 45º. 25
Esta sencillez de montaje del sistema de conexión de la invención es una de sus ventajas, ya que no hacen falta herramientas especiales para su colocación. This simplicity of assembly of the connection system of the invention is one of its advantages, since no special tools are required for its placement.
La orientación de la inclinación del tirafondos se cambió en función de las cargas soportadas con el fin de garantizar que la canalización de rasantes haga que trabaje siempre a flexotracción. 30 The orientation of the tilt of the screwdriver was changed according to the loads supported in order to ensure that the channeling of flush makes it always work flexurally. 30
En el caso de vigas o forjados diseñados para cargas puntuales, el punto de aplicación de la carga es el punto que marque el cambio de orientación de la inclinación de los tirafondos, cuya separación será en general constante (Figura 4) In the case of beams or slabs designed for point loads, the point of application of the load is the point that marks the change of orientation of the tilt of the screws, whose separation will be generally constant (Figure 4)
Cuando se trate de vigas diseñadas para cargas distribuidas, el centro de gravedad de la carga distribuida marcará el cambio de orientación de la inclinación, cuya separación será 5 en general variable (Figura 5) In the case of beams designed for distributed loads, the center of gravity of the distributed load will mark the change in orientation of the inclination, whose separation will generally be variable (Figure 5)
Esta separación entre los tirafondos será función de las cargas a las que esté sometida la estructura mixta, sus materiales, áreas e inercias de la sección de cada uno, la inclinación y la rigidez que proporcione la conexión, entre otras características. This separation between the screws will be a function of the loads to which the mixed structure is subjected, its materials, areas and inertia of the section of each one, the inclination and the stiffness that the connection provides, among other characteristics.
El sistema de conexión se monta con ayuda de un sistema de apuntalamiento según la 10 técnica habitual de construcción de mixtas que sostenga la losa durante su fraguado, o bien se fija a las vigas de madera un encofrado recuperable (figura 7). The connection system is mounted with the help of a shoring system according to the usual mixed construction technique that supports the slab during its setting, or a recoverable formwork is fixed to the wooden beams (figure 7).
En una realización particular, el sistema de la presente invención estaba constituido por unos conectores de acero con un ángulo (α) de 45º, en el que las vigas eran de madera natural o laminada, y con un canto suficiente para embutir la totalidad de la rosca (6), la 15 cabeza de apriete (2) era hexagonal y los tirafondos son de límite elástico del orden de 10 veces superior al que tiene el hormigón. In a particular embodiment, the system of the present invention was constituted by steel connectors with an angle (α) of 45 °, in which the beams were made of natural or laminated wood, and with a sufficient edge to embed the entire thread (6), the tightening head (2) was hexagonal and the screws were of elastic limit of the order of 10 times higher than the concrete.
El diámetro de la cresta de la rosca (6), ∅cr fue el parámetro que se eligió primero pues era fundamental, junto a la profundidad de rosca (6), para conseguir que no haya arrancamiento de la madera. Una vez elegido éste, el resto de dimensiones fueron determinadas por todos 20 los parámetros mencionados en los párrafos anteriores. The diameter of the crest of the thread (6), ∅cr was the parameter that was chosen first because it was essential, next to the depth of thread (6), to ensure that there is no removal of the wood. Once this was chosen, the rest of the dimensions were determined by all the parameters mentioned in the previous paragraphs.
El diámetro máximo del fondo de rosca (6) ∅f, el paso de rosca (6) y el ángulo de abertura del filete vienen dados por el tipo de rosca (6). The maximum diameter of the thread bottom (6) ∅f, the thread pitch (6) and the fillet opening angle are given by the thread type (6).
En éste caso la rosca (6) fue de tornillo para madera según DIN 7998. Según ésta norma: 25 In this case, the thread (6) was a wood screw according to DIN 7998. According to this standard: 25
- Para ∅cr<12mm; 11,42857crfC- For ∅cr <12mm; 11,42857crfC
- Para ∅cr≥12mm; 11,3333crfC- For ∅cr≥12mm; 11,3333crfC
Como se ha comentado, éste ∅f hay que tomarlo como un máximo. En este caso se tomó ∅f = 5,6 mm As mentioned, this ∅f must be taken as a maximum. In this case, ∅f = 5.6 mm was taken
El ángulo de abertura del filete es, en cualquier caso, 60º±6º The opening angle of the fillet is, in any case, 60º ± 6º
El paso de rosca P depende de ∅cr según DIN 7998 y para ∅cr=8mm, P=3,6 mm. The thread pitch P depends on ∅cr according to DIN 7998 and for ∅cr = 8mm, P = 3.6 mm.
El diámetro del cuello del tirafondo ∅c es menor o igual que el de la cresta de rosca con unos límites determinados por una buena transmisión de tensiones hasta la cabeza, que dependen del coeficiente C1. 5 The diameter of the neck of the screw ∅c is less than or equal to that of the screw ridge with limits determined by a good transmission of tensions to the head, which depend on the coefficient C1. 5
; siendo 2crcC121112CC; being 2crcC121112CC
Para nuestro caso, los límites son 1< C2 < 1,2143. Tomamos C2 = 1,075 y aconsejamos este valor en otros diámetros para una buena transmisión, y resulta ∅c = 7,5 In our case, the limits are 1 <C2 <1.2143. We take C2 = 1,075 and recommend this value in other diameters for a good transmission, and it turns out ∅c = 7.5
La longitud de la zona de roscado (6) Lr para maderas de densidad media aproximada 450-460kg/m3 (C27 ó C-30) dependerá en general del tipo de rosca (∅cr, ∅f, P y ángulo de 10 abertura), y del tipo de madera y acero. Ensayos de arrancamiento realizados con maderas naturales de conífera y rosca DIN 7998 para madera aconsejan que para ∅cr=8 mm, sea Lr ≥ 107 mm. Se toma Lr=110 mm. The length of the threading zone (6) Lr for wood of approximate medium density 450-460kg / m3 (C27 or C-30) will generally depend on the type of thread (∅cr, ∅f, P and 10 opening angle) , and of the type of wood and steel. Start-up tests carried out with natural conifer wood and DIN 7998 thread for wood advise that for ∅cr = 8 mm, be Lr ≥ 107 mm. Lr = 110 mm is taken.
Para otros diámetros se recomienda Lr ≥ 13·∅cr For other diameters it is recommended Lr ≥ 13 · ∅cr
La punta autoperforante (7) tenía forma cónica, no obstante cualquier otra forma 15 aproximada a ésta sería válida. The self-drilling tip (7) had a conical shape, however any other shape approximate to it would be valid.
El diámetro ∅h de la arandela (3) que asegura, con coeficiente de seguridad γ∅h, que no hay aplastamiento del hormigón será The diameter ∅h of the washer (3) that ensures, with a safety coefficient γ∅h, that there is no crushing of the concrete will be
(1.1) 20 (1.1) 20
Para un γ∅h=1 el diámetro ha de ser ∅h≥33 mm, no obstante tomamos γ∅h=1,7 debido a existencia de tensiones locales, y con a=5600 y h =300 resulta ∅h≥42 mm For a γ∅h = 1 the diameter must be ∅h≥33 mm, however we take γ∅h = 1.7 due to the existence of local tensions, and with a = 5600 and h = 300 results ∅h≥ 42 mm
La longitud del cuello Lc dependerá, ente otros aspectos, del espesor, h, de la losa que se desee que colabore directamente bajo la arandela y del ángulo (α) que formen los 25 tirafondos. The length of the neck Lc will depend, among other aspects, on the thickness, h, of the slab that is desired to collaborate directly under the washer and the angle (α) formed by the 25 bolts.
Estará limitada, como se ha comentado, por un máximo, que es el que permite que exista suficiente recubrimiento de hormigón por encima del tirafondo, y un mínimo, que garantiza que el hormigón pueda penetrar por el espacio que queda entre el conector colocado en It will be limited, as has been said, for a maximum, which is what allows sufficient concrete coating to exist above the screwdriver, and a minimum, which guarantees that the concrete can penetrate through the space between the connector placed in
ángulo respecto a la madera.. Si colocamos los tirafondos con un ángulo ∝, la losa de hormigón tiene de espesor h, el recubrimiento es rec y el tamaño máximo de árido es ∅máx: Angle with respect to the wood .. If we place the screws with an angle ∝, the concrete slab has a thickness h, the coating is rec and the maximum aggregate size is ∅max:
5 5
Como hemos elegido ∝=45º resulta: As we have chosen ∝ = 45º it turns out:
10 10
Con un tamaño máximo de árido ∅máx=25 mm, espesor de losa h=12cm, recubrimiento rec=4cm y ∅h=42mm, resulta 49 mm≤ Lc ≤ 92mm. Tomamos por ejemplo Lc=65 mm. With a maximum aggregate size ∅max = 25 mm, slab thickness h = 12cm, rec coating = 4cm and ∅h = 42mm, it results 49 mm≤ Lc ≤ 92mm. Take for example Lc = 65 mm.
El diámetro en la cresta y el tipo de rosca (6) define las dimensiones de la cabeza (1). Como las cabezas (1) son convencionales, calculamos sus dimensiones según la serie que corresponda al tipo de cabeza para la rosca DIN 7998. 15 The diameter at the crest and the type of thread (6) defines the dimensions of the head (1). Since the heads (1) are conventional, we calculate their dimensions according to the series that corresponds to the type of head for the DIN 7998 thread. 15
Para tirafondos de cabeza hexagonal: corresponde norma DIN 751, para otras cabezas se aplicará las dimensiones de la serie según su normativa correspondiente o las recomendaciones del fabricante. For hexagonal head screws: DIN 751 standard corresponds, for other heads the dimensions of the series will be applied according to their corresponding regulations or the manufacturer's recommendations.
En este caso, para cabeza hexagonal resulta según DN 751 para ∅cr=8 mm: In this case, for hexagonal head results according to DN 751 for ∅cr = 8 mm:
S=13 mm 20 S = 13 mm 20
K=5,5 mm K = 5.5 mm
Siendo S la separación entre caras opuestas del hexágono que forma la cabeza de apriete (2), y K el canto del bloque hexagonal. S being the separation between opposite faces of the hexagon that forms the tightening head (2), and K the edge of the hexagonal block.
En cuanto al espesor e de la arandela (3), la condición es que sea capaz de resistir los esfuerzos cortantes y momentos flectores que se generan en la sección circular junto a la 25 cabeza debido a la presión del hormigón como reacción sobre ella al traccionar el tirafondo. As for the thickness e of the washer (3), the condition is that it is able to withstand the shear stresses and bending moments that are generated in the circular section next to the head due to the pressure of the concrete as a reaction on it when pulling The background.
Consideramos que el hormigón está al 60% de su tensión de rotura, pues ya hemos obligado a que esté lejos de la tensión de rotura al dimensionar el diámetro de la arandela (3). Entonces la condición es: We consider that the concrete is 60% of its breaking stress, since we have already forced it to be far from the breaking stress when sizing the diameter of the washer (3). So the condition is:
Una vez elegido el diámetro en la cresta de la rosca, las dimensiones preferidas de las partes del tirafondo vienen definidas por las fórmulas anteriores. Para otras relaciones σa/σh no hay más que aplicar las fórmulas correspondientes. Once the diameter at the crest of the thread has been chosen, the preferred dimensions of the parts of the thread are defined by the above formulas. For other relationships σa / σh there is only to apply the corresponding formulas.
10 10
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