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WO2022136715A1 - Estructura tubular portátil y estructura tubular fija derivada de ella - Google Patents

Estructura tubular portátil y estructura tubular fija derivada de ella Download PDF

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Publication number
WO2022136715A1
WO2022136715A1 PCT/ES2021/070914 ES2021070914W WO2022136715A1 WO 2022136715 A1 WO2022136715 A1 WO 2022136715A1 ES 2021070914 W ES2021070914 W ES 2021070914W WO 2022136715 A1 WO2022136715 A1 WO 2022136715A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sheets
layer
tubular structure
sheet
layers
Prior art date
Application number
PCT/ES2021/070914
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
José Ramón ALBIOL IBÁÑEZ
José Luis BONET SENACH
Miguel Ángel FERNÁNDEZ PRADA
Pedro MIGUEL SOSA
Daniel ORIENT MARTÍN
David PISTONI PÉREZ
Juan VICÉN BALAGUER
Fernando José COS-GAYÓN LÓPEZ
Jaime LOZANO BARRACHINA
Original Assignee
Universitat Politècnica De València
Zeleros Global, S.L.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitat Politècnica De València, Zeleros Global, S.L. filed Critical Universitat Politècnica De València
Priority to EP21909610.4A priority Critical patent/EP4269087A1/en
Publication of WO2022136715A1 publication Critical patent/WO2022136715A1/es

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    • B32B2262/10—Inorganic fibres
    • B32B2262/106—Carbon fibres, e.g. graphite fibres

Definitions

  • the present invention is part of the technology called "hyperloop" for the transport tunnel industry, for example, passenger or freight trains, or for the industry, for example, for wind turbine shafts or any type of shaft or post in general.
  • Document NL8102255A discloses a structure formed by a metallic tube inside which an inflatable bag and a reinforcing material have been placed on it. All of this can also be covered with an external sleeve.
  • the manufacturing method comprises covering the inner wall of the aforementioned tube (with thin walls, which can be aluminum) with at least one layer of uncured reinforced plastic (for example, carbon fiber, in which the fibers are preferably arranged in the longitudinal direction with respect to the tube).
  • This layer of uncured plastic is placed around an unreliable bag (eg silicone rubber) and then the bag with the plastic is simultaneously inserted into the outer tube.
  • the bag is pressurized by gas and maintained under pressure during the curing of the plastic.
  • the process saves labor and results in a more precise product by allowing fibers to be oriented longitudinally to maximize tensile strength, flexural strength, and radial load resistance.
  • the product combines high strength and impact resistance with low weight.
  • the structure of the present invention which comprises at least two concentric layers, each of which has at least one sheet of composite material, and which are connected by an intermediate layer (“sandwich" type structure) is different from that described in NL8102255A, and as a result of these differences, it has advantages such as being much less bulky, so transportation is much easier.
  • the portable tubular structure of the present invention allows transportation in a much more efficient way, since its inflation is not carried out before it is placed in the final location for its use.
  • the present invention also has advantages derived from the type and arrangement of layers that gives greater rigidity and resistance to the assembly.
  • the inflatable bag in the case of NL8102255A, the inflatable bag is inflated and a warp of fibers is woven on it.
  • inflation and then disposition of material on the resulting product is not carried out. It is only inflated in the present invention to obtain the assembled structure in its final location, formed by a mixture of already woven materials.
  • Document W02004105457A2 describes a sliding bearing consisting of FRP sheets (fiber reinforced polymer ⁇ , pre-impregnated carbon fibers at different angles and phenolic resin as a curing agent. These materials constitute the internal composite lining of the bearing.
  • This liner is initially placed on the outer surface of a mandrel, and then inserted into a metal casing. The mandrel is then removed and the liner and metal casing are wrapped in a vacuum bag, a vacuum is applied so that the liner is in close contact with the inner surface of the metal casing, and then the metal casing with the pre-preg compound is placed in an autoclave until the pre-preg compound is cured, and finally the vacuum bag is removed.
  • FRP sheets fiber reinforced polymer ⁇ , pre-impregnated carbon fibers at different angles and phenolic resin as a curing agent.
  • the product disclosed in this document is different from that of the present invention, since according to the present invention it is a sandwich-type structure with two sub- concentric structures or layers, nor is it manufactured in the same way. Nor is it intended for the same purpose.
  • the most important advantage of the invention is that a portable structure is manufactured which is inflated once on site
  • On-site assembly is 3 times faster than in known infrastructures, saving is important for such high structural demands, being structures large enough to house a means of transport inside, such as a train and even with diameters and "oversize" lengths, - fuel consumption is 3 times lower per transport than for the infrastructures known up to now,
  • a structure according to the invention (even "oversize") can be moved at low cost, multiplying by 10 the units of pipe that can be transported in a single truck compared to known infrastructures. Light and highly maneuverable vehicles can be used, so there are no inconveniences during transport with the rest of the road traffic and it can circulate at any time without special permits.
  • this portable tubular structure with the shape described below, previously manufactured in the workshop, allows rapid execution, storage in reduced spaces and transport to the assembly site quickly, reducing fuel consumption and facilitating access to places with difficult access by their vials.
  • a fixed tubular structure can be assembled in a similar way to how, for example, a hot air balloon is assembled (by blowing pressurized air or injecting material into the intermediate layer).
  • tubular structure refers to an elongated structure that may have a cylindrical section, or of any type, for example, circular, oval, elliptical, square, rectangular, and even I-shaped types, H, U, W, L, Z, X, V, S, T, Y, and having a central hole along its entire length.
  • cement material or “comment matrix” refers to any material that contains cement in any proportion, such as cement, concrete, micro-concrete, mortar or micro-mortar.
  • the present invention first refers to a portable tubular structure comprising at least the following concentric layers:
  • an inner layer formed by at least one sheet whose free surface, which is the innermost surface, is capable of forming a hole when the structure is in the extended position
  • said intermediate layer being a bag capable of accommodating a filling material
  • extended means unfolded - since it can be folded - or unrolled
  • composition of all the sheets of the inner layer relative to the composition of all the sheets of the outer layer may be different.
  • composition of one of the sheets of the inner layer may be the same as the composition of one of the sheets of the outer layer.
  • composition of more than one of the inner layer sheets may be the same as the composition of some of the outer layer sheets.
  • composition of at least one of its sheets is the same, or the specific composition of a sheet is indicated to be coincident in the outer and inner layers
  • the present invention relates more specifically to a portable tubular structure comprising at least the following concentric layers:
  • an inner layer formed by at least one sheet selected from sheets of carbon fibers, sheets of fiberglass, sheets of plastic fibers, sheets of basalt fibers, sheets of aramid, sheets of polyamide fibers, such as Kevlar, metal sheets, and combinations of said sheets whose free surface, which is the innermost surface, is capable of forming a hole when the structure is in the extended position
  • said intermediate layer being a bag capable of accommodating a filling material
  • an external layer joined to the intermediate layer, such that said external layer is formed by at least one sheet selected from sheets of carbon fibers, sheets of fiberglass, sheets of plastic fibers, sheets of basalt fibers, sheets of aramid, sheets of polyamide fibers, such as Kevlar, metal sheets and combinations of said sheets.
  • the free surface of the inner layer is the surface of the inner layer opposite the surface through which it is attached to the intermediate layer, and which -therefore- is not in contact with another surface of the portable structure when it is it is in the extended position (that is, unfolded or unrolled), and is capable of forming a hole that forms a fixed tubular structure when the portable structure is placed in its final location.
  • the portable tubular structure further comprises an outer plastic sheet in contact with the outer layer and an inner plastic sheet in contact with the free surface, or innermost face, of the inner layer, such that both outer and lower plastic sheets They form an envelope that encloses the external and internal layers of the portable structure, but maintaining the ability to form a hole that gives shape to a fixed tubular structure.
  • the outer and inner plastic sheets can be made of any plastic material, such as polyethylene.
  • the outer layer and the inner layer are made up of different numbers of sheets.
  • the outer layer and the inner layer are made up of the same number of sheets.
  • the outer layer and the inner layer are made up of the same number of sheets, these sheets being of identical composition in both layers, but being arranged in the inner layer in the reverse order to that found in the outer layer.
  • a portable tubular structure with five sheets in the outer layer of different composition and numbered from the outside in as 1, 2, 3, 4 and 5, will have, according to this embodiment, an inner layer with five sheets of the same composition as those of the outer layer and arranged from outside to inside in the order 5, 4, 3, 2 and 1.
  • the outermost sheet and the innermost sheet of the structure are made of carbon fiber.
  • the outer layer is formed -from the outside in- by at least two sheets: a carbon fiber sheet and a fiberglass sheet, while the inner layer is formed -from the surface farthest from the center of the structure inwards - by sheets identical to those of the outer layer, placed in reverse order. That is, according to this embodiment, the inner layer is formed - from the surface furthest from the center of the structure towards the inside - by at least one glass fiber sheet and one carbon fiber sheet.
  • the outer layer is made up of two sheets: an outer one made of carbon fiber, and an inner one glued to it made of fiberglass, and the inner layer is made up of two sheets identical to those of the outer layer, so that the carbon fiber sheet is the innermost of them.
  • the sheets that make up the outer and inner layers must be very thin to be able to fold them well or roll them up at the time of transport.
  • they can be between 0.03 mm and 2 mm, preferably between 0.03 mm and 1 mm.
  • the layers are 0.05mm thick, such as 0.05mm thick steel.
  • the sheets that make up each of the internal and external layers comprise fibers of any weight and warp. These fibers can be arranged in a single direction with respect to the longitudinal axis of the structure, or they can be arranged in two directions (bidirectional) or in different directions with respect to said axis.
  • the orientation of the fibers with respect to each other, in a sheet can vary such that the inclination of the fibers with respect to the longitudinal axis of the tubular structure can be between 0° and 360°, and according to particular embodiments it is 0°. .
  • the sheets can be formed by fibers that are arranged in more than one direction with respect to the longitudinal axis of the portable tubular structure, oriented in a way selected from:
  • the selection of sheets with a single orientation or more than one orientation, and the type of orientation, depends on the stresses to which the external and internal layers are expected to be subjected, and, therefore, the fixed tubular structure of the invention that derive from the portable tubular structure.
  • the orientation of the fibers in the sheets allows obtaining various mechanical properties, such as resistance to compression, shear, tearing and tensile strength in different directions, among others.
  • the thickness of the external, internal and intermediate layers depends on the application to which the fixed tubular structure derived from the portable structure is intended. For example, in the event that the interior of the fixed tubular structure is intended to house a means of transport, such as a train, this thickness depends on the number of wagons, train speed, expected accelerations, the distance between supports (called span in the jargon of technology), among other factors.
  • the thickness of the entire portable tubular structure can be between 10 and 25 mm. As an example, according to the state of the art, for a 1.5 m diameter tube, 12 m spans, for a 2TN (2 tons) weight test vehicle (and 5G test acceleration) the thickness is around 15 - 20 mm thick in steel. With the present invention, the total thickness - of the three conjoined layers - can be in this same range, but with 1/3 of the weight of a prior art structure.
  • the intermediate layer is made up of a bag of any flexible material capable of accommodating a filling material.
  • This flexible material that makes up the bag is preferably a plastic material, more preferably a polymeric plastic material.
  • the plastic bag can be, for example, made of polyethylene, such as high-density polyethylene (HDPE) or low-density polyethylene (LDPE).
  • HDPE high-density polyethylene
  • LDPE low-density polyethylene
  • the bag of the intermediate layer has closure systems, which can be valves, such as non-return valves, or closure systems of the car tire type, so that the bag can be or is hermetically sealed.
  • closure systems can be valves, such as non-return valves, or closure systems of the car tire type, so that the bag can be or is hermetically sealed.
  • valves or closure devices are preferably provided on the bag prior to attachment of the bag to the outer and inner layers of the portable tubular structure.
  • the bag of the intermediate layer has the function of housing inside the filling material, such as an expansive material, for example, a foam or a gas, (air or argon are examples of gases).
  • an expansive material for example, a foam or a gas
  • air or argon are examples of gases.
  • expansive material we can mention a material that when fresh, without hardening, is expansive, such as expansive concrete, or polyurethane foam.
  • the filling material will contribute to shaping the fixed tubular structure in its final location.
  • the present invention also refers to a fixed tubular structure comprising the concentric layers of the portable structure defined above, in which:
  • the fibers of the lamina (and therefore the lamina), or laminae, are bound by a matrix, the free surface of which forms the central, longitudinal, interior hollow of the fixed tubular structure,
  • the intermediate layer comprises inside the bag a filling material
  • the fibers of the sheet(s) are bound by a matrix.
  • composition of all the sheets of the inner layer with respect to the composition of all the sheets of the outer layer may be different.
  • composition of one of the sheets of the inner layer can be the same as the composition of one of the sheets of the outer layer.
  • the composition of more than one of the sheets of the inner layer can be the same as the composition of some of the sheets of the outer layer.
  • the embodiments described below - unless it is explicitly indicated that the composition of at least one of its sheets is the same, or the specific composition of a sheet that is coincident in the outer and outer layers is indicated.
  • internal - they are applicable both to the case in which the external layer and the internal layer of the fixed tubular structure have a sheet of the same material, or more sheets of the same material, as well as to the case in which the material of which it is made does not coincide. composed none of its corresponding sheets.
  • the matrix that binds the sheets of the outer and inner layers can be selected from a polymeric matrix and a commercial matrix.
  • the polymer matrix can be a matrix selected from a resin and a geopolymer.
  • the matrix that binds the sheets can be the same in the outer and inner layer, or it can be a different matrix in one layer with respect to the other.
  • Free surface of the inner layer refers to the innermost surface, and that in the finished fixed structure (when the inner bag used in the manufacturing process, described below, has already been removed), is not in contact with other sheets or materials.
  • the fixed tubular structure comprises - like the corresponding embodiment in the portable structure - in addition, an outer plastic sheet in contact with the outer layer and an inner plastic sheet in contact with the free surface, or innermost face, of the inner layer, such that both outer and lower sheets form an envelope that encloses the outer layer and the inner layer of the fixed structure.
  • the outer and inner plastic sheets can be made of any plastic material, such as polyethylene.
  • the sheets that form the internal and external layers are made of materials called FRP.
  • the fibers can be of any material, in particular of the materials mentioned: carbon fibers, glass fibre, plastic fibres, basalt fibres, aramid fibres, polyamide fibres,
  • the matrix that binds the fibers is a polymeric or commercial matrix.
  • FRP refers to "fiber reinforced polymers” or “fiber-reinforced polymers.” They are composite materials, which comprise a polymeric or commercial matrix, reinforced with fibers. The bonding of the fibers and the matrix make them into an FRP sheet.
  • the fibers contained in the so-called FRP materials can be any type of fiber, and in particular, materials selected from among fiberglass, aramid, carbon fibers, plastic fibers, basalt fibers, polyamide fibers, such as Kevlar.
  • FRP Carbon fiber reinforced polymer
  • GFRP Glass fiber reinforced polymer
  • the matrix in the case of using FRP materials may comprise:
  • polyester resins such as polyester resins, polyamide resins, vinyl ester resins, acrylic resins, epoxy resins, phenolic resins, urethane resin,
  • FRP can be meshes of fibers impregnated with resins, so that when the resin that binds them hardens, a very resistant mesh is generated.
  • FRP materials such as CFRP or GFRP, have the function of supporting the stresses generated by the distance between the supports on which the structure is arranged, as well as the function of strapping, among others (wind, train actions, among others). ).
  • one or more of the sheets that form the inner layer, and/or one or more of those that form the outer layer comprise FML, or are composed of FML.
  • the sheets that form the internal and external layers comprise or are composed of FML.
  • the materials called FML are composite materials that comprise the same type of fibers as in the case of FRP, in which the matrix that binds the fibers is a polymeric or commercial matrix, and to which some film or sheet of metallic nature. That is to say, the FML materials comprise in the fibers of the sheets the same materials as the FRP and also comprise one or more metal sheets, such as steel, galvanized, or aluminum (all their variants, such as those that can be obtained depending on the manufacturing process, or that may have some additional chemical element, or that are achieved depending on the type of cooling or modified metals obtained by chemical, mechanical, thermal and thermochemical processes).
  • FML are laminates of thin layers of metal joined by sheets similar to those of an FRP material - as defined above Among the best known FML we can mention some that contain aluminum, such as:
  • ARALL (aluminum laminate reinforced with aramid fibers)
  • CARALL laminated aluminum reinforced with carbon fibers.
  • Modified metals are obtained by known techniques, for example hardening the material, powder metallurgy, metal grit blasting, etc.
  • the FML materials can be those known in the state of the art or they can be micro-perforated FML.
  • Micro-perforated MLF are MLF materials as defined above, in which the metal sheets are micro-perforated.
  • microperforations can represent between 5 and 95% of the metal sheet(s). The higher the percentage of perforations, the easier it is for the matrix material that binds the fibers, and therefore the sheets, to pass through said perforations.
  • microperforated FML materials are preferably used, so that the matrix that binds the sheets can pass through said metal sheets.
  • Reinforced FRP or FML materials are responsible for supporting the structure as a whole, preventing it from deforming and allowing it to withstand sub-pressures inside.
  • the polymeric matrix of the FML materials can comprise the same materials as in the case of the FRP materials.
  • the matrix is a polymeric matrix of resins:
  • the fixed tubular structure comprises at least the following concentric layers: - an internal layer formed by at least one sheet of a material selected between: FRP and FML, and whose free surface forms the central, longitudinal, interior hollow of the tubular structure,
  • intermediate layer to which the inner layer and the outer layer are attached by opposite sides of the intermediate layer, said intermediate layer being formed by a bag of flexible material, comprising a filling material
  • said external layer is formed by at least one sheet of a material selected between: FRP and FML.
  • the outer layer and the inner layer are formed by the same number of sheets, these sheets being of identical composition in both layers, but being arranged in the inner layer in the reverse order to that found in the outer layer.
  • the outermost sheet of the structure, or the innermost sheet of the structure, or both are made of FRP comprising carbon fiber.
  • the innermost sheet of the outer layer, or the outermost sheet of the inner layer of the structure, or both are made of FRP comprising fiberglass.
  • the outer layer is formed - from the outside in - by at least one sheet of FRP with carbon fiber and one sheet of FRP with fiberglass.
  • the internal layer is formed -from the surface farthest from the center of the structure towards the interior- by, -at least-, a sheet of FRP with fiberglass and a sheet of FRP with carbon fiber.
  • the outer layer is formed -from the outside in- by at least one FRP sheet with carbon fiber and one FRP sheet with fiberglass, while the inner layer is formed - from the surface furthest from the center of the structure towards the interior - by sheets identical to those of the outer layer, placed in reverse order. That is, according to this embodiment, the inner layer is formed - from the surface furthest from the center of the structure towards the interior by - at least - a sheet of FRP with fiberglass and a sheet of FRP with carbon fiber .
  • the outer layer is made up of one or more sheets of FRP, or one or more sheets of FML, or combinations of FRP and FML sheets.
  • the inner layer is formed by one or more sheets of FRP, or one or more sheets of FML, or combinations of FRP and FML sheets.
  • the outer layer is formed by one or more sheets of FRP, or one or more sheets of FML, or combinations of FRP and FML sheets, while the inner layer is formed, from the surface furthest from the center of the structure towards the interior, by sheets identical to those of the outer layer, placed in reverse order.
  • the outer layer is made up of two sheets: an outer one of FRP with carbon fiber, and an inner one joined to it of FRP with fiberglass,
  • the inner layer is formed by two sheets identical to those of the outer layer, so that in the inner layer, the carbon fiber FRP sheet is the innermost of them.
  • the outer layer is made up of two sheets: an outer layer of FRP with carbon fiber, and an inner layer of FRP with fiberglass attached to it, and the inner layer is made up of two sheets. identical to those of the outer layer, so that in the inner layer, the FRP sheet with carbon fiber is the innermost of them.
  • the outer layer is made up of two sheets: an outer layer of FML with carbon fiber, and an inner layer of FML with glass fiber attached to it.
  • the inner layer is made up of two sheets: an inner one of FML with carbon fiber, and an outer one of FML with glass fiber joined to it.
  • the outer layer is made up of two sheets: an outer one of FML with carbon fiber, and an inner one of FML with glass fiber attached to it, and the inner layer is made up of two sheets identical to those of the outer layer, so that in the inner layer the MLF sheet with carbon fiber is the innermost of them.
  • the inner layer is formed by:
  • the outer layer is formed by:
  • the outer layer is formed by:
  • the inner layer is made up of two sheets identical to those of the outer layer arranged in order reverse.
  • the fixed tubular structure can have an outer layer, which comprises from outside to inside: FML+FRP or FRP +FML.
  • FML+FRP or FRP +FML In the same layer there can be a combination of FML and FRP.
  • composition of the fixed tubular structure are frameworks of sheets (the sheets can be parallel to each other, or they can be intersected) of the following materials, named in all cases from the outside to the inside:
  • LDEP Low density polyethylene.
  • Pll stands for polyurethane.
  • the outer layer has the composition CFRP+AI+GFRP+AI, as preferred, or
  • the outer layer has the composition: CRFP+GFRP+AI or CFRP+AI+GFRP
  • the fiber sheets that make up the inner and outer layers in the fixed tubular structure can be made up of fibers that are arranged in the same direction or in more than one direction with respect to the longitudinal axis of the fixed tubular structure.
  • the fibers may be oriented in different directions, analogously and as noted for the fibers in the sheets of the portable tubular structure.
  • the thickness of the external, internal and intermediate layers depends on the application for which the fixed tubular structure is intended.
  • Each of the fiber sheets that make up the inner and outer layers can be between 0.5 mm and 3 mm (for example, FRP and FML in the fixed tubular structure), preferably between 0.5 and 2.8 mm .
  • binder material it is necessary to apply a binder material to the fibers of the outer and inner layers for their hardening and to achieve rigidity of all its layers.
  • this material which is the polymeric or commercial matrix, the durability of the structure is achieved.
  • the type of material - matrix - desired hardening and/or curing and/or rigidity effects are obtained.
  • the binder matrix can be applied manually or automatically. It can be applied, for example, by spraying or vacuum-injection.
  • the intermediate layer is made up of a bag made of flexible material, such as plastic, which includes inside a filling material, preferably a plastic polymer. This intermediate layer will contribute to give the shape to the fixed tubular structure.
  • the intermediate layer bag is sealed (previously, in the manufacture of the portable structure) and filled when the portable tubular structure is in its final location for the production of the fixed tubular structure.
  • To said bag are adhered - each to one side of the bag - the inner layer and the outer layer.
  • the outer and inner layers are attached, preferably glued, to the bag made of flexible, preferably polymeric material. They are glued to it, for example, with flexible elastic glue.
  • glues can be used.
  • An example of glue is acrylates
  • the padding of the intermediate layer is of an expandable material such as a material selected from a foam, an expanded polymeric material, such as polyurethane (PU), a gas (such as air or argon), and a commercial material.
  • the filling material has the function of filling the entire interior of the intermediate layer bag (which will be hermetically sealed once filled) and once it is placed in the bag, it provides rigidity and the shape that the fixed tubular structure needs. , providing it with sufficient strength to maintain its shape and with a fairly low weight (compared to known structures).
  • the fixed tubular structure may further comprise a coating made up of one or more protective layers and, optionally, additionally decorative layers.
  • the coating may comprise, by way of example, paints and limes.
  • the coating is applied on the inner surface (inner face of the inner layer), outer surface (outer layer of the outer layer) or both, of the fixed tubular structure.
  • Paints or limes can be applied for different purposes such as fire protection, therefore, fire retardant paints can be applied.
  • Thermal paints, anti-corrosion paints, anti-UV paints, solar radiation-absorbing paints that reduce the temperature of the structure, among others, can be applied.
  • Decorative paints can also be applied to give color to the fixed tubular structure.
  • the efforts to which it is subjected in a section are absorbed by the combination of the sheets (such as FRP, FML) that make up the outer and inner layers, as well as the intermediate layer.
  • the sheets such as FRP, FML
  • the fixed tubular structure comprises: internal layer: comprises a network of FRP and/or FML meshes or sheets comprising carbon fiber in the innermost part and glass fiber in the outer part, in different orientations with respect to the longitudinal axis of the structure, such that the outermost FRP and/or FML sheet comprising glass fibers (of larger dimensions, diameter in the case of structures of circular section) inside the inner layer is glued to a plastic polymeric bag, as shown in Figure 1, intermediate layer: formed by a plastic material bag to which the outermost FRP sheet and/or or FML comprising fiberglass, from the inner layer, and the innermost sheet of FRP and/or FML comprising fiberglass, from the outer layer, such that this bag is filled with expanding polyurethane foam, outer layer: comprises a network of FRP and/or FML meshes or sheets comprising carbon fiber in the outermost part and glass fiber in the inner part, in different orientations with respect to the longitudinal axis of the structure, such that the FRP sheet and/or FML comprising
  • the invention has as an additional object a method of manufacturing the portable tubular structure and the fixed tubular structure defined above.
  • the manufacturing process of the portable tubular structure comprises:
  • the method of manufacturing the portable tubular structure comprises: - arrange the sheets of the outer and inner layers
  • the sheets of each of the outer and inner layers used in the first stage are preferably joined together by interlocking.
  • the outer and inner layers are attached to the sheets that make up the middle layer bag by gluing.
  • the respective sheet of the outer and inner layer, which is closer to the bag of flexible material, of the intermediate layer, can be glued by heat sealing or with flexible plastic glue to the plastic bag, by ultrasonic wave or by induction.
  • the gluing with flexible plastic glue to the bag of the intermediate layer is carried out in a percentage of the surface between 10 and 90% of each layer. In this way it is possible to roll up or fold the portable tubular structure to facilitate the transport of the portable tubular structure to the construction site -final location-
  • the gluing operation of the two sets of interstitched sheets to the bag of flexible material can be carried out before the stage of placing the valves for filling the bag, such as plastic, which makes up the intermediate layer, but It is preferably carried out after the placement of the valves for the filling of the bag of flexible material.
  • This intermediate layer bag can be done by heat sealing, by ultrasonic vibration or by induction, it is preferably sealed by heat sealing.
  • the bag has at least one valve that can be previously arranged, or that is arranged once the sheets are sealed and the bag is formed. The valve or valves serve to introduce the filling material, and control the exit of the excess of said material that may have been introduced.
  • the sealing of the polymeric bag is not done manually, it is done with non-return valves or car tire-type systems.
  • Induction sealing is a non-contact method of heating a metal disc to hermetically seal the top of plastic and glass containers. This sealing process is done after the container has been filled with its contents and the lid has been placed in position.
  • the name comes from the fact that the method uses the principle of electromagnetic induction to generate heat and fix the stamp material.
  • the method for manufacturing the portable tubular structure comprises:
  • the portable tubular structure is ready to be folded or rolled up and transported to the location of the fixed tubular structure.
  • the gluing operation of the two sets of interlocking sheets on one side and on the opposite side of the bag of flexible material that makes up the intermediate layer, using a glue for flexible plastics, can be done, alternatively, as follows:
  • the method of manufacturing the portable tubular structure comprises:
  • the method of manufacturing the portable tubular structure comprises:
  • valves in the outer and inner layers Arrange valves in the outer and inner layers to be able to carry out an infusion-vacuum process at the final location.
  • the manufacturing procedure of the fixed tubular structure comprises:
  • the union of the outer and inner layers between them can be done in two ways: by means of connectors, or through the intermediate layer, by contact with it, in which case they do not get to join directly between them.
  • the inner layer and the outer layer are joined together by means of connectors arranged between them.
  • This operation is carried out on the construction site, that is, “in situ”, at the final location.
  • These connectors are rigid elements, eg made of metal (such as aluminum, steel) or FRP.
  • the connectors are connection elements that can have a section between 5 and 9000 mm 2 and their length can be, at most, the total thickness of the tubular structure. As can be seen in Figure 1, they are placed radially and separated at an angle of between 25° and 35°, for example, approximately 30° with respect to the section. This alternative is a preferred embodiment of the invention.
  • the inner layer and the outer layer are joined to each other, along their contour (this is only in the installation, in situ), for example, and preferably, by means of the matrix that binds the sheets preferably through a resin.
  • This option is only carried out in the final location of the fixed tubular structure, that is, it is not used to obtain the portable tubular structure.
  • a maximum of 40% of the surface of the layers will be glued using a flexible plastic glue, because if this percentage is higher, the material that binds the fibers of the sheets in the layers of the tubular structure.
  • said connectors are placed by drilling the layers, after removing the inner bag from the structure, and before applying the resin or commercial matrix to the layers to harden the layers. sheets.
  • the fixed tubular structure obtained can be treated with materials for painting, whitewashing, decorating, among others.
  • the procedure for manufacturing the fixed tubular structure comprises:
  • the inflation of the inner bag can be done by means of a compressed air compressor.
  • the polymeric matrix (resin or geopolymers) or commercial material is applied "in situ" on the sheets of the external and internal layers, thus obtaining the FRP or FML materials.
  • the matrix material is introduced between the fibers, occupying the available space in the voids and binding them together. According to the language used by the experts, the matrix material "wets" the fibers of the sheets.
  • the tubular structure is capable of being inflated "in situ” acquiring its final shape through inflation in the final location.
  • the materials that bind the sheets of the outer and inner layers have the function of acting as hardening, reinforcing or “core reinforcement” materials to give rigidity to the previously made tubular structure.
  • the method of manufacturing the fixed tubular structure comprises
  • the infusion-vacuum process which is carried out after the filling stage of the intermediate layer, comprises: arranging at least one valve in the outer layer and at least one valve in the inner layer of the structure through the which is made empty by arranging at least one valve in the outer layer and at least one valve in the inner layer of the structure through which the fiber-binding matrix material is injected. pull a vacuum through the vacuum valves, while injecting the fiber-binding matrix material through the material injection valves.
  • the vacuum-infusion process for the application of the matrix material has the advantage that no previous molds are needed in the workshop, since the intermediate layer, after swelling, acts as the mold "in situ".
  • the invention is applicable to current infrastructures of the "hyperloop" concept or to wind tower shafts.
  • Figure 1 Infographic of the section of a particular embodiment of the tubular structure of the invention, in which: 1 : FRP I FML sheets with carbon fiber
  • the connectors can be seen, which are placed radially and separated at an angle of approximately 30°. Along the fixed hybrid tubular structure, the connectors maintain a separation that can be between 10 and 50 cm, preferably 30 and 50 cm.
  • Figure 2 photograph of the circular section of a particular embodiment of the structure of the invention.
  • Figure 3 a particular embodiment of the tubular structure before the inflation of the polymeric bag.
  • the figure shows two bags: the one on the left of the figure is the bag arranged in the hole formed by the inner layer, and the other bag is the plastic bag that makes up the intermediate layer of the structure. This figure shows the orientation of the sheets, which is longitudinal
  • Figure 4 A particular embodiment of the tubular structure in which the inner bag is inflated, but the intermediate layer bag has not yet been filled

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Abstract

La presente invención se refiere a una estructura tubular portátil que comprende al menos las siguientes capas concéntricas: - una capa interna, formada por al menos una lámina, siendo la superficie libre de la capa interna, que es la superficie más interior, capaz de conformar un hueco cuando la estructura está en posición extendida - una capa intermedia, a la cual está unida la capa interna, dicha capa intermedia es una bolsa capaz de alojar un material de relleno, - una capa externa, unida a la capa intermedia, dicha capa externa está formada por al menos una lámina del mismo, o distinto material que la lámina de la capa interna, a una estructura fija derivada de ella y a su uso en la tecnología hyperloop, para la construcción de medios de transporte, tales como trenes.

Description

ESTRUCTURA TUBULAR PORTATIL Y ESTRUCTURA TUBULAR FIJA DERIVADA DE ELLA
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se enmarca dentro de la tecnología llamada “hyperloop” para la industria de túneles para transporte, por ejemplo, trenes de pasajeros o de carga, o para la industria, por ejemplo, para los fustes de los aerogeneradores o cualquier tipo de fuste o poste en general.
ESTADO DE LA TÉCNICA
En la industria de la construcción, las infraestructuras actuales del concepto de transporte “hyperloop” están basadas en tuberías de acero, las cuales son difíciles de manejar y transportar. Su costosa elaboración en los procesos siderúrgicos y en las instalaciones de confección de tuberías de gran diámetro, dio lugar a plantearse la necesidad de reducción de costos en su construcción, transporte y en su puesta en obra.
Actualmente este tipo de infraestructuras de estas dimensiones es impensable transportarlas de una pieza y el montaje en obra es muy costoso.
El documento NL8102255A divulga una estructura formada por un tubo metálico dentro del cual se ha dispuesto una bolsa infiable y sobre ella un material de refuerzo. Todo ello puede ser recubierto además con un manguito externo. El método de fabricación comprende cubrir la pared interior del tubo mencionado (de paredes finas, que puede ser de aluminio) con al menos una capa de plástico reforzado no curado (por ejemplo, de fibra de carbono, en la que preferentemente las fibras están dispuestas en dirección longitudinal respecto al tubo). Esta capa de plástico no curado se coloca alrededor de una bolsa infiable (por ejemplo, de caucho de silicona) y después la bolsa con el plástico son introducidos simultáneamente en el tubo externo. La bolsa es presurizada por gas y mantenida a presión durante el curado del plástico. El proceso ahorra mano de obra y da lugar a un producto más preciso, permitiendo orientar las fibras en dirección longitudinal para maximizar la resistencia a la tracción, la resistencia a la flexión y la resistencia a la carga radial. El producto combina una alta resistencia y resistencia al impacto con un peso reducido. La estructura de la presente invención, que comprende al menos dos capas concéntricas, cada una de las cuales posee al menos una lámina de material compuesto, y que están conectadas por una capa intermedia (estructura tipo “sándwich”) es distinta de la descrita en NL8102255A, y como resultado de esas diferencias, presenta ventajas como ser mucho menos voluminosa, por lo que el transporte es mucho más fácil. La estructura tubular portátil de la presente invención permite el transporte de forma mucho más eficaz, puesto que el inflado de la misma no se lleva a cabo antes de la disposición en el emplazamiento definitivo para su uso.
También tiene ventajas la presente invención derivadas del tipo y disposición de capas que otorga mayor rigidez y resistencia al conjunto.
Se diferencia además en el método de fabricación: en el caso de NL8102255A se infla la bolsa infiable y sobre ella se teje una urdimbre de fibras. En la presente invención no se lleva a cabo el inflado y después la disposición de material sobre el producto resultante. Sólo se infla en la presente invención para obtener la estructura montada en su emplazamiento final, formada por una mezcla de materiales ya tejidos.
El documento W02004105457A2 describe un cojinete de deslizamiento que consiste en láminas de FRP (fiber reinforced polymer^, fibras de carbono pre-impregnadas a distintos ángulos y resina fenólica como agente de curado. Estos materiales constituyen el revestimiento compuesto interno del cojinete. Los materiales de este revestimiento son inicialmente colocados en la superficie externa de un mandril, y seguidamente introducidos en una carcasa metálica. Seguidamente, se extrae el mandril y se envuelve el revestimiento y la carcasa metálica con una bolsa de vacío; se aplica un vacío para que el revestimiento esté en estrecho contacto con la superficie interior de la carcasa metálica; y después se coloca la carcasa metálica con el compuesto de pre-impregnado en una autoclave hasta el curado del compuesto de pre-impregnado, y finalmente se elimina la bolsa de vacío.
El producto divulgado en este documento es distinto del de la presente invención, pues según la presente invención se trata de una estructura tipo sándwich con dos sub- estructuras o capas concéntricas, ni esta fabricado del mismo modo. Tampoco esta previsto para la misma finalidad.
Estas estructuras tubulares de la tecnología hyperloop son construidas actualmente mediante diversos métodos: moldeo manual (hand lay up), pultrusion, infusión, etc, siempre en toda la longitud de la pieza (son costosas sus instalaciones) y son difícilmente transportables (usan grandes vehículos, con dificultad de acceso a diversas zonas).
A la vista del estado de la técnica se mantienen necesidades y problemas pendientes de solucionar en la tecnología relacionada con transporte hyperloop, que son objetivos de la presente invención:
1. Eliminar las costosas instalaciones fijas (tales como pultrusionadoras), consiguiendo que se pueda realizar el montaje de una estructura tubular fija en talleres con reducidas instalaciones y que una estructura portátil deshinchada, pueda ser transportada a lugares remotos e instalarse “in situ”.
2. Reducir el uso de materiales metálicos consiguiendo reducir la huella de carbono, y la explotación de las minas, menor uso del carbón y reducción de costes de sistemas energéticos eléctricos para afinar el acero.
3. Facilitar el transporte de la estructura mediante su modulación, con lo que se pueden utilizar vehículos de transporte ligeros con facilidad de acceso a cualquier zona.
4. Facilitar la construcción y la instalación.
5. Construir un sistema estructural ligero, con materiales compuestos de bajo peso.
6. Conseguir durabilidad y longevidad de la infraestructura, con escaso mantenimiento.
Las ventajas de la invención son:
- la ventaja más importante de la invención consiste en que se fabrica una estructura portátil que una vez en obra es hinchada,
- fácil montaje en obra, pues no es necesario maquinaria pesada para su transporte ni montaje. El montaje in situ es 3 veces más rápido que en las infraestructuras conocidas, el ahorro es importante para exigencias estructurales tan elevadas, al ser estructuras de gran tamaño como para albergar en su interior un medio de transporte, tal como un tren e incluso con diámetros y longitudes "oversize", - el consumo de carburante es 3 veces menor por transporte que para las infraestructuras conocidas hasta ahora,
- utiliza materiales prefabricados no tradicionales,
- una estructura de acuerdo con la invención (incluso "oversize") se puede desplazar a bajo coste, multiplicando por 10 las unidades de tubería que se pueden transportar en un único camión respecto a las infraestructuras conocidas. Pueden utilizarse vehículos ligeros y con alta maniobrabilidad, con lo cual las molestias durante el transporte con el resto de tráfico rodado no existen y puede circular en cualquier momento sin permisos especiales.
Los objetivos de la invención se consiguen mediante el uso de estructuras tubulares portátiles que se convierten en estructuras tubulares fijas de acuerdo con las reivindicaciones de esta solicitud.
La confección de esta estructura tubular portátil, con la forma que se describe a continuación, manufacturada previamente en taller, permite la rápida ejecución, almacenamiento en espacios reducidos y transporte hasta el lugar de montaje rápidamente, disminuyendo el consumo de carburante y facilitando el acceso a lugares con dificultad de acceso por sus viales.
Una vez en obra puede procederse al montaje de una estructura tubular fija del modo similar a cómo se monta, por ejemplo, un globo aerostático (insuflando aire a presión o inyectando material en la capa intermedia).
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La expresión “estructura tubular” en la presente memoria se refiere a una estructura alargada que puede tener una sección cilindrica, o de cualquier tipo, por ejemplo, sección circular, oval, elíptica, cuadrada, rectangular, e incluso tipos con forma de I, H, U, W, L, Z, X, V, S, T, Y, y que tiene un hueco central a lo largo de toda su longitud. El termino “material comenticio” o “matriz comenticia” se refiere a cualquier material que contenga cemento en cualquier proporción, tal como cemento, hormigón, microhormigón, mortero o micromortero.
La presente invención se refiere en primer lugar a una estructura tubular portátil que comprende al menos las siguientes capas concéntricas:
- una capa interna, formada por al menos una lámina cuya superficie libre, que es la superficie más interior, es capaz de conformar un hueco cuando la estructura está en posición extendida
- una capa intermedia, a la cual está unida la capa interna, dicha capa intermedia es una bolsa capaz de alojar un material de relleno,
- una capa externa, unida a la capa intermedia, tal que dicha capa externa está formada por al menos una lámina del mismo material, o distinto material, que la lámina de la capa interna.
El término “extendida” significa desplegada - dado que se puede plegar - o desenrollada
- dado que se puede enrollar.
La composición de todas las láminas de la capa interna respecto a la composición de todas las láminas de la capa externa puede ser distinta.
La composición de una de las láminas de la capa interna puede ser la misma que la composición de una de las láminas de la capa externa.
La composición de más de una de las láminas de la capa interna puede ser la misma que la composición de alguna de las láminas de la capa externa.
Las realizaciones que se describen a continuación - salvo que se indique explícitamente que al menos la composición de una de sus láminas sea la misma, o se indique la composición específica de una lámina que sea coincidente en las capas externa e interna
- son aplicables tanto al caso en que la capa externa y la capa interna de la estructura tubular portátil tienen una lámina de un mismo material, o más láminas de un mismo material, como al caso en el que no coincide el material del que esta compuesto ninguna de sus correspondientes láminas.
La presente invención se refiere más específicamente a una estructura tubular portátil que comprende al menos las siguientes capas concéntricas:
- una capa interna, formada por al menos una lámina seleccionada entre láminas de fibras de carbono, láminas de fibra de vidrio, láminas de fibras plásticas, láminas de fibras de basalto, láminas de aramida, láminas de fibras de poliamidas, tales como kevlar, láminas de metal, y combinaciones de dichas láminas cuya superficie libre, que es la superficie más interior, es capaz de conformar un hueco cuando la estructura está en posición extendida
- una capa intermedia, a la cual está unida la capa interna, dicha capa intermedia es una bolsa capaz de alojar un material de relleno,
- una capa externa, unida a la capa intermedia, tal que dicha capa externa está formada por al menos una lámina seleccionada entre láminas de fibras de carbono, láminas de fibra de vidrio, láminas de fibras plásticas, láminas de fibras de basalto, láminas de aramida, láminas de fibras de poliamidas, tales como kevlar, láminas de metal y combinaciones de dichas láminas.
La superficie libre de la capa interna es la superficie de la capa interna opuesta a la superficie a través de la cual está unida a la capa intermedia, y que -por lo tanto - no está en contacto con otra superficie de la estructura portátil cuando ésta está en posición extendida, (es decir, desplegada o desenrollada), y es capaz de conformar un hueco que da forma a una estructura tubular fija cuando la estructura portátil está dispuesta en su emplazamiento definitivo.
Según realizaciones particulares, en la estructura tubular portátil:
- la lámina más externa de la capa externa
- o la lámina más interna de la capa interna-
- o ambas láminas más externa y la lámina más interna de la estructura son de fibra de carbono. Según realizaciones particulares, la estructura tubular portátil comprende ademas una lámina plástica exterior en contacto con la capa externa y una lámina plástica interior en contacto con la superficie libre, o cara más interna, de la capa interna, tal que ambas láminas plásticas exterior e inferior conforman una envoltura que encierra las capas externa e interna de la estructura portátil, pero manteniendo la capacidad de conformar un hueco que da forma a una estructura tubular fija. Las láminas plásticas exterior e interior pueden ser de cualquier material plástico, tal como polietileno.
Según realizaciones particulares adicionales de la estructura tubular portátil, la capa externa y la capa interna están formadas por distinto número de láminas.
Según realizaciones particulares adicionales de la estructura tubular portátil, la capa externa y la capa interna están formadas por el mismo número de láminas.
Según realizaciones particulares adicionales, la capa externa y la capa interna están formadas por el mismo número de láminas, siendo estas láminas de idéntica composición en ambas capas, pero estando dispuestas en la capa interna en orden inverso al que se encuentran en la capa externa. A modo de ejemplo, una estructura tubular portátil con cinco láminas en la capa externa de distinta composición y numeradas de fuera hacia dentro como 1 , 2, 3, 4 y 5, tendrá, según esta realización, una capa interna con cinco láminas de la misma composición que las de la capa externa y dispuestas de fuera hacia dentro en el orden 5, 4, 3, 2 y 1 .
Según realizaciones particulares adicionales de la estructura tubular portátil, la lámina más externa y la lámina más interna de la estructura son de fibra de carbono.
Según una realización preferente de la estructura tubular portátil, la capa externa está formada - desde fuera hacia dentro- por al menos dos láminas: una lámina de fibra de carbono y una lámina de fibra de vidrio, mientras que la capa interna está formada - desde la superficie más alejada del centro de la estructura hacia el interior- por láminas idénticas a las de la capa externa, colocadas en orden inverso. Es decir, según esta realización, la capa interna está formada - desde la superficie más alejada del centro de la estructura hacia el interior - por, al menos, una lámina de fibra de vidrio y una lámina de fibra de carbono. En una realización especialmente preferente, la capa externa esta formada por dos láminas: una exterior de fibra de carbono, y una interior pegada a ella de fibra de vidrio, y la capa interna está formada por dos láminas idénticas a las de la capa externa, de modo que la lámina de fibra de carbono es la más interior de ellas.
Las láminas que conforman las capas externa e interna deben ser muy finas para poder plegarlas bien o enrollarlas en el momento del transporte. Por ejemplo, pueden ser de entre 0,03 mm y 2 mm, preferentemente entre 0,03 mm y 1 mm. En una realización particular, las capas son de 0,05 mm de espesor, tales como acero de 0,05 mm de espesor.
Las láminas que conforman cada una de las capas interna y externa, comprenden fibras de cualquier gramaje y urdimbre. Estas fibras pueden estar dispuestas en una única dirección respecto al eje longitudinal de la estructura, o pueden estar dispuestas en dos direcciones (bidireccionales) o en diversas direcciones respecto al citado eje.
La orientación de las fibras entre sí, en una lámina, puede vahar de modo que la inclinación de las fibras respecto al eje longitudinal de la estructura tubular puede estar comprendida entre los 0o y 360°, y según realizaciones particulares es de 0o..
Por ejemplo, las láminas pueden estar formadas por fibras que están dispuestas en más de una dirección respecto al eje longitudinal de la estructura tubular portátil, orientadas en una forma seleccionada entre:
- una orientación seleccionada entre 45° y 90° respecto al eje longitudinal de la estructura tubular portátil,
- en direcciones transversales, respecto al eje longitudinal de la estructura tubular portátil y
- orientadas al azar respecto al eje longitudinal de la estructura tubular portátil.
La selección de láminas con una única orientación o más de una orientación, y el tipo de orientación, depende de los esfuerzos a los que se prevea que van a ser sometidas las capas externa e interna, y, por tanto, la estructura tubular fija de la invención que se derive de la estructura tubular portátil. La orientación de las fibras en las laminas permite obtener vahas propiedades mecánicas, tales como resistencia a compresión, cortante, al desgarro y resistencia a la tracción en diferentes direcciones, entre otras.
El espesor de las capas externa, interna e intermedia depende de la aplicación a la que vaya destinada la estructura tubular fija que se derive de la estructura portátil. Por ejemplo, en el caso de que el interior de la estructura tubular fija se pretenda alojar un medio de transporte, tal como un tren, este espesor depende del número de vagones, velocidad del tren, aceleraciones previstas, la distancia entre apoyos (llamada luz en la jerga de la tecnología), entre otros factores. El espesor de toda la estructura tubular portátil puede estar comprendido entre 10 y 25 mm. A modo de ejemplo, según el estado de la técnica, para un tubo de 1.5 m de diámetro, luces de 12 m, para un vehículo de pruebas de 2TN (2 toneladas) de peso (y aceleración 5G de pruebas) el espesor está alrededor de 15 - 20 mm de espesor en acero. Con la presente invención, el espesor total - de las tres capas conjuntas -puede estar en este mismo intervalo, pero con 1/3 del peso de una estructura del estado de la técnica.
La capa intermedia está compuesta por una bolsa de cualquier material flexible capaz de alojar un material de relleno. Este material flexible que compone la bolsa es preferentemente, un material plástico, más preferentemente, un material poliméhco plástico.
Según realizaciones particulares, la bolsa de material plástico puede ser, por ejemplo, de polietileno, tal como polietileno de alta densidad (HDPE) o de baja densidad (LDPE).
La bolsa de la capa intermedia dispone de sistemas de cierre, que pueden ser válvulas, tales como válvulas de no retorno, o sistemas de cierre de tipo de los de neumático de coche, de modo que la bolsa puede estar o está herméticamente cerrada. Estas válvulas o dispositivos de cierre están, preferentemente, dispuestos en la bolsa antes de la unión de la bolsa a las capas externa e interna de la estructura tubular portátil.
A dicha bolsa de la capa intermedia están adheridas - cada una a un lado de la bolsa - la capa interna y la capa externa. La bolsa de la capa intermedia tiene la función de albergar en su interior el material de relleno, tal como un material expansivo, por ejemplo, una espuma o un gas, (como ejemplos de gases se pueden citar el aire o el argón). Entre el material expansivo se puede citar un material que fresco, sin endurecer, es expansivo, como el hormigón expansivo, o la espuma de poliuretano. El material de relleno va a contribuir a dar forma a la estructura tubular fija en su emplazamiento definitivo.
El término “expansivo” y “expandible” se usan en esta memoria como sinónimos.
La presente invención se refiere también a una estructura tubular fija que comprende las capas concéntricas de la estructura portátil definida anteriormente, en las que:
- en la capa interna, unida a la capa intermedia, las fibras de la lámina (y por lo tanto, la lámina), o láminas, están aglutinadas por una matriz, y cuya superficie libre forma el hueco interior central, longitudinal, de la estructura tubular fija,
- la capa intermedia comprende dentro de la bolsa un material de relleno,
- en la capa externa, unida a la capa intermedia por el lado opuesto al que están unidas la capa intermedia y la interna, las fibras de la lámina o las láminas (y por lo tanto, la(s) lámina(s)), están aglutinadas por una matriz.
De modo análogo a lo indicado para la estructura tubular portátil, la composición de todas las láminas de la capa interna respecto a la composición de todas las láminas de la capa externa puede ser distinta.
De modo análogo a lo indicado para la estructura tubular portátil, la composición de una de las láminas de la capa interna puede ser la misma que la composición de una de las láminas de la capa externa.
De modo análogo a lo indicado para la estructura tubular portátil, la composición de más de una de las láminas de la capa interna puede ser la misma que la composición de alguna de las láminas de la capa externa. Para la estructura tubular fija, las realizaciones que se describen a continuación - salvo que se indique explícitamente que al menos la composición de una de sus láminas sea la misma, o se indique la composición específica de una lámina que sea coincidente en las capas externa e interna - son aplicables tanto al caso en que la capa externa y la capa interna de la estructura tubular fija tienen una lámina de un mismo material, o más láminas de un mismo material, como al caso en el que no coincide el material del que está compuesto ninguna de sus correspondientes láminas.
La matriz que aglutina las láminas de las capas externa e interna puede estar seleccionada entre una matriz polimérica y una matriz comenticia. La matriz polimérica puede ser una matriz seleccionada entre una resina y un geopolímero.
La matriz que aglutina las láminas puede ser la misma en la capa externa e interna, o puede ser una matriz diferente en una capa respecto a la otra.
“Superficie libre” de la capa interna se refiere a la superficie más interior, y que en la estructura fija terminada (cuando ya se ha extraído la bolsa interior usada en el procedimiento de fabricación, descrito a continuación), no está en contacto con otras láminas o materiales.
Según realizaciones particulares, la estructura tubular fija comprende - como la realización correspondiente en la estructura portátil - además, una lámina plástica exterior en contacto con la capa externa y una lámina plástica interior en contacto con la superficie libre, o cara más interna, de la capa interna, tal que ambas láminas exterior e inferior conforman una envoltura que encierra la capa externa y la capa interna de la estructura fija. Las láminas plásticas exterior e interior pueden ser de cualquier material plástico, tal como polietileno.
Según una realización particular de la estructura tubular fija: las láminas que forman las capas interna y externa están compuestas por materiales llamados FRP.
En los materiales FRP: las fibras pueden ser de cualquier material, en particular de los materiales mencionados: fibras de carbono, fibra de vidrio, fibras plásticas, fibras de basalto, fibras de aramida, fibras de poliamidas,
- y la matriz que aglutina las fibras es una matriz polimérica o comenticia.
El término FRP se refiere a “fibras poliméricas reforzadas” o “polímeros reforzados con fibras”. Son materiales compuestos, que comprenden una matriz polimérica o comenticia, reforzada con fibras. La unión de las fibras y la matriz los convierten en una lámina FRP.
Las fibras contenidas en los materiales llamados FRP pueden ser cualquier tipo de fibra, y en particular, de materiales seleccionados entre fibra de vidrio, aramida, fibras de carbono, fibras plásticas, fibras de basalto, fibras de poliamidas, tales como kevlar.
El material preferente entre los FRP es el FRP que contiene fibra de carbono (CFRP, (Carbon fiber reinforced polymer (polímero reforzado con fibra de carbono)), y el FRP que contiene fibra de vidrio (GFRP) (Glass fiber reinforced polymer (polímero reforzado con fibra de vidrio)),
La matriz en el caso de utilizar los materiales FRP, según realizaciones particulares, puede comprender:
- resinas, tales como resinas de poliéster, de poliamida, resinas de vinilester, resinas acrílicas, resinas epoxi, resinas fenólicas, resina uretano,
- materiales comenticios
- geopolímeros (polímeros que se encuentran en la corteza terrestre, tales como aluminosilicates) y combinaciones de ellos.
La expresión “combinaciones de ellos” significa que se puede tener en la capa externa un tipo de material para la matriz y en la capa interna otro tipo de matriz, pero no se mezclan los distintos tipos de materiales de la matriz en una misma capa.
A modo de ejemplo, FRP pueden ser mallas de fibras impregnadas con resinas, de modo que al endurecerse la resina que las aglutina, se genera una malla muy resistente. Los materiales FRP, tales como CFRP o GFRP tienen la función de soportar las tensiones generadas por la distancia entre los apoyos sobre los cuales se dispone la estructura, así como la función de zunchar, entre otras (viento, acciones de los trenes, entre otras).
Según una realización particular adicional de la estructura tubular fija:una o más de las láminas que forman la capa interna, y/ una o más de las que forman la capa externa comprenden FML, o están compuestas por FML.
Según una realización particular adicional de la estructura tubular fija: las láminas que forman las capas interna y externa comprenden o están compuestas por FML.
Los materiales llamados FML son materiales compuestos que comprenden el mismo tipo de fibras que en el caso de los FRP, en los que la matriz que aglutina las fibras es una matriz polimérica o comenticia, y a los que se les ha añadido alguna película o lámina de naturaleza metálica. Es decir, los materiales FML comprenden en las fibras de las láminas los mismos materiales que los FRP y comprenden, además, una o más láminas metálicas, tales como acero, galvanizado, o aluminio (todas sus vahantes, tales como las que se pueden conseguir según el proceso de manufacturado, o que pueden tener algún elemento químico adicional, o que se consiguen dependiendo del tipo de enfriamiento o metales modificados obtenidos por procesos químicos, mecánicos, térmicos y termoquímicos). FML son laminados de capas delgadas de metal unidas por láminas similares a las de un material FRP - tal como se han definido anteriormente Entre los más conocidos FML se pueden mencionar algunos que contienen aluminio, como:
ARALL (laminado de aluminio reforzado con fibras de aramida)
GLARE (laminado de aluminio reforzado con fibras de vidrio)
CARALL (laminado de aluminio reforzado con fibras de carbono).
Los procesos mecánicos, químicos y térmicos en los metales son ampliamente conocidos. Los metales modificados se obtienen por técnicas conocidas, por ejemplo endurecer el material, pulvimetalurgia, chorro de granza metálica, etc. Los materiales FML pueden ser los conocidos en el estado de la técnica o pueden ser FML mi ero perforad os.
FML microperforados son materiales FML tal como se han definido anteriormente, en los cuales las láminas de metal están mi ero perforad as.
En los materiales FML microperforados, las microperforaciones pueden representar entre el 5 y el 95% de la lámina o láminas metálicas. Cuanto mayor sea el porcentaje de perforaciones, más fácil resulta el paso del material de la matriz que aglutina las fibras, y por lo tanto, las láminas, a través de dichas peforaciones.
Hay una alternativa de la estructura tubular fija según la cual la lámina o láminas metálicas de los materiales FML no están microperforadas: es el caso en que estas láminas metálicas están colocadas adyacentes a la bolsa de material flexible la capa intermedia.
En la presente invención se utilizan preferentemente materiales FML microperforados, de modo que la matriz que aglutina las láminas puede atravesar dichas láminas metálicas.
Los materiales FRP o FML reforzados, por ejemplo, con fibra de vidrio se encargan de soportar la estructura en todo su conjunto, evitando que se deforme y permita soportar sub-presiones en el interior.
La matriz polimérica de los materiales FML puede comprender los mismos materiales que en el caso de los materiales FRP. Preferentemente, en los materiales FML la matriz es una matriz polimérica de resinas:
Se puede tener, por ejemplo, una matriz de resina en la capa externa y un a matriz comenticia en la interna.
Según realizaciones particulares, la estructura tubular fija comprende al menos las siguientes capas concéntricas: - una capa interna formada por al menos una lamina de un material seleccionado entre: FRP y FML, y cuya superficie libre forma el hueco interior central, longitudinal, de la estructura tubular,
- una capa intermedia, a la cual están unidas la capa interna y la capa externa por lados opuestos de la capa intermedia, dicha capa intermedia está formada por una bolsa de material flexible, que comprende un material de relleno,
- una capa externa, unida a la capa intermedia, dicha capa externa está formada por al menos una lámina de un material seleccionado entre: FRP y FML.
Según realizaciones particulares de la estructura tubular fija, la capa externa y la capa interna están formadas por el mismo número de láminas, siendo estas láminas de idéntica composición en ambas capas, pero estando dispuestas en la capa interna en orden inverso al que se encuentran en la capa externa.
Según realizaciones particulares adicionales de la estructura tubular fija, la lámina más externa de la estructura, o la lámina más interna de la estructura, o ambas son de FRP que comprende fibra de carbono.
Según realizaciones particulares adicionales de la estructura tubular fija, la lámina más interna de la capa externa, o la lámina más externa de la capa interna de la estructura, o ambas, son de FRP que comprende fibra de vidrio.
Según una realización particular, la capa externa está formada - desde fuera hacia dentro - por, al menos, una lámina de FRP con fibra de carbono y una lámina de FRP con fibra de vidrio.
Según una realización particular, la capa interna está formada - desde la superficie más alejada del centro de la estructura hacia el interior por, - al menos-, una lámina de FRP con fibra de vidrio y una lámina de FRP con fibra de carbono.
Según una realización preferente, la capa externa está formada - desde fuera hacia dentro- por, al menos, una lámina de FRP con fibra de carbono y una lámina de FRP con fibra de vidrio, mientras que la capa interna esta formada - desde la superficie mas alejada del centro de la estructura hacia el interior- por láminas idénticas a las de la capa externa, colocadas en orden inverso. Es decir, según esta realización, la capa interna está formada - desde la superficie más alejada del centro de la estructura hacia el interior por, - al menos-, una lámina de FRP con fibra de vidrio y una lámina de FRP con fibra de carbono.
En una realización particular de la estructura tubular fija, la capa externa está formada por una o vahas láminas de FRP, o una o vahas láminas de FML, o combinaciones de láminas FRP y FML.
En una realización particular adicional de la estructura tubular fija, la capa interna está formada por una o vahas láminas de FRP, o una o vahas láminas de FML, o combinaciones de láminas FRP y FML.
En una realización adicional de la estructura tubular fija, la capa externa está formada por una o vahas láminas de FRP, o una o vahas láminas de FML, o combinaciones de láminas FRP y FML, mientras que la capa interna está formada, desde la superficie más alejada del centro de la estructura hacia el interior, por láminas idénticas a las de la capa externa, colocadas en orden inverso.
En una realización preferente de la estructura tubular fija_
- la capa externa está formada por dos láminas: una exterior de FRP con fibra de carbono, y una interior unida a ella de FRP con fibra de vidrio,
- o la capa interna está formada por dos láminas idénticas a las de la capa externa, de modo que en la capa interna, la lámina de FRP con fibra de carbono es la más interior de ellas.
En una realización preferente de la estructura tubular fija, la capa externa está formada por dos láminas: una exterior de FRP con fibra de carbono, y una interior unida a ella de FRP con fibra de vidrio, y la capa interna está formada por dos láminas idénticas a las de la capa externa, de modo que en la capa interna, la lámina de FRP con fibra de carbono es la más interior de ellas. En una realización adicional de la estructura tubular fija, la capa externa esta formada por dos láminas: una exterior de FML con fibra de carbono, y una interior unida a ella de FML con fibra de vidrio.
En una realización adicional de la estructura tubular fija, la capa interna está formada por dos láminas: una interior de FML con fibra de carbono, y una exterior unida a ella de FML con fibra de vidrio.
En una realización adicional de la estructura tubular fija, la capa externa está formada por dos láminas: una exterior de FML con fibra de carbono, y una interior unida a ella de FML con fibra de vidrio, y la capa interna está formada por dos láminas idénticas a las de la capa externa, de modo que en la capa interna la lámina de FML con fibra de carbono es la más interior de ellas.
En una realización adicional preferente, la capa interna está formada por:
- dos láminas: una interior con fibra de carbono, y una exterior de metal y eso conforma el material FML,
- o está formada por dos láminas: una interior con fibra de vidrio, y una exterior de metal y eso conforma el material FML
En una realización adicional preferente, la capa externa está formada por:
- dos láminas: una exterior con fibra de carbono, y una interior de metal y eso conforma el material FML,
- o está formada por dos láminas: una exterior con fibra de vidrio, y una interior de metal y eso conforma el material FML,
En una realización adicional preferente, la capa externa está formada por:
- dos láminas: una exterior con fibra de carbono, y una interior de metal y eso conforma el material FML, - o esta formada por dos laminas: una exterior con fibra de vidrio, y una interior de metal y eso conforma el material FML, y en cada caso, la capa interna está formada por dos láminas idénticas a las de la capa externa dispuestas en orden inverso.
Por ejemplo, la estructura tubular fija puede tener una capa externa, que comprende de fuera a dentro: FML+FRP ó FRP +FML. En una misma capa puede haber una combinación de FML y FRP.
Algunos ejemplos de composición de la estructura tubular fija (terminada) son entramados de láminas (las láminas pueden ser paralelas entre sí, o pueden estar entrecruzadas) de los siguientes materiales, nombrados en todos los casos desde el exterior hacia el interior:
- CFRP+GFRP+LDPE+PUexpandido+LDPE+GFRP+CFRP es el modelo de la sección presentada en la fig.1 , nombrado de exterior hacia el interior,
- GFRP+CFRP+LDPE+PUexpandido+LDPE+GFRP+CFRP
- GFRP+CFRP+LDPE+PUexpandido+LDPE+CFRP+GFRP
- CFRP+ACERO+GFRP+LDPE+PUexpandido+LDPE+GFRP+ACERO+CFRP donde:
LDEP significa Low density polyethylene (polietileno de baja densidad) Pll significa polyurethane (poliuretano).
Otros ejemplos alternativos de estructura tubular fija son:
- que la capa externa tenga la composición CFRP+AI+GFRP+AI, como preferente, o
- que la capa externa tenga la composición: CRFP+GFRP+AI ó CFRP+AI+GFRP
Las láminas de fibras que conforman las capas interna y externa en la estructura tubular fija, por ejemplo, las láminas de FRP y/o de FML, pueden estar formadas por fibras que están dispuestas en la misma dirección o en más de una dirección respecto al eje longitudinal de la estructura tubular fija. Por ejemplo, las fibras pueden estar orientadas en distintas direcciones, de modo análogo y como se ha indicado para las fibras en las láminas de la estructura tubular portátil. El espesor de las capas externa, interna e intermedia depende de la aplicación a la que vaya destinada la estructura tubular fija.
Cada una de las láminas de fibras que conforman las capas interna y externa pueden ser de entre 0,5 mm y 3 mm (por ejemplo, de FRP y FML en la estructura tubular fija), preferentemente entre 0,5 y 2,8 mm.
Es necesario aplicar un material aglutinante de las fibras de las capas externa e interna para su endurecimiento y para conseguir la rigidez de todas sus capas. Con este material, que es la matriz, polimérica o comenticia, se consigue la durabilidad de la estructura. Según el tipo de material - matriz - se obtienen efectos de endurecimiento y/o curado y/o rigidez deseados.
Se puede aplicar la matriz aglutinante de forma manual o automatizada. Se puede aplicar, por ejemplo, mediante rociado o inyección-vacío.
La capa intermedia está compuesta por una bolsa de material flexible, tal como plástico, que comprende en su interior un material de relleno, preferentemente, un polímero plástico. Esta capa intermedia va a contribuir a dar la forma a la estructura tubular fija.
La bolsa de la capa intermedia se sella (previamente, en la fabricación de la estructura portátil) y se rellena cuando la estructura tubular portátil está en su emplazamiento definitivo para la obtención de la estructura tubular fija. A dicha bolsa están adheridas - cada una a un lado de la bolsa - la capa interna y la capa externa.
A la bolsa de material flexible, preferentemente polimérica, están unidas, preferentemente pegadas, las capas externa e interna. Se pegan a ella, por ejemplo, con pegamento elástico flexible. Se pueden usar pegamentos conocidos. Un ejemplo de pegamento son los acrilatos
El relleno de la capa intermedia es de un material expandible tal como un material seleccionado entre una espuma, un material expandido polimérico, tal como poliuretano (PU), un gas (tal como aire o argón), y un material comenticio. El material de relleno tiene la función de rellenar todo el interior de la bolsa de la capa intermedia (que va a ser cerrada herméticamente una vez rellena) y que una vez está dispuesto en la bolsa proporciona rigidez y la forma que necesita la estructura tubular fija, dotándola de una resistencia suficiente para mantener la forma y con un peso bastante bajo (comparado con estructuras conocidas).
La estructura tubular fija puede comprender además un revestimiento formado por una o más capas protectoras y, opcionalmente, además, capas decorativas. El revestimiento puede comprender, a modo de ejemplo, pinturas y cales.
El revestimiento es aplicado sobre la superficie interna (cara interior de la capa interna), externa (capa exterior de la capa externa) o ambas, de la estructura tubular fija.
Las pinturas o cales pueden ser aplicadas con diferente finalidad como proteger del fuego, por lo tanto, se pueden aplicar pinturas ignífugas. Se pueden aplicar pinturas térmicas, pinturas anticorrosión, contra rayos solares UV, pinturas absorbentes de radiación solar que reducen la temperatura de la estructura, entre otras. También se pueden aplicar pinturas decorativas para dar color a la estructura tubular fija.
En cuanto al comportamiento mecánico de la estructura tubular fija, los esfuerzos a los que es sometida en una sección, los esfuerzos de una viga de compresión, tracción, cortante, torsión y cargas puntuales tanto en apoyos como a lo largo de la estructura tubular son absorbidos por la combinación de las láminas (como FRP, FML) que conforman las capas externa e interna, así como por la capa intermedia.
Según una realización preferente, la estructura tubular fija comprende: capa interna: comprende un entramado de mallas o láminas de FRP y/o FML que comprenden fibra de carbono en la parte más interna y que comprenden fibra de vidrio en la parte externa, en diferentes orientaciones respecto al eje longitudinal de la estructura, tal que la lámina de FRP y/o FML que comprende fibras de vidrio más externa (de mayores dimensiones, diámetro en el caso de estructuras de sección circular) dentro de la capa interna esta pegada a una bolsa polimerica de plástico, tal y como se aprecia en la Figura 1 , capa intermedia: formada por una bolsa de material plástico a la cual están adheridas la lámina más externa de FRP y/o FML que comprende fibra de vidrio, de la capa interna, y la lámina más interna de FRP y/o FML que comprende fibra vidrio, de la capa externa, tal que esta bolsa está rellena de espuma de poliuretano expansiva, capa externa: comprende un entramado de mallas o láminas de FRP y/o FML que comprenden fibra de carbono en la parte más externa y que comprenden fibra de vidrio en la parte interna, en diferentes orientaciones respecto al eje longitudinal de la estructura, tal que la lámina de FRP y/o FML que comprende fibras de vidrio más interna (de menor diámetro, en el caso de estructuras de sección circular) dentro de la capa externa está pegada a la bolsa polimérica de plástico, tal y como se aprecia en la Figura 1 .
La invención tiene como objeto adicional un procedimiento de fabricación de la estructura tubular portátil y de la estructura tubular fija definidas anteriormente.
El procedimiento de fabricación de la estructura tubular portátil comprende:
- disponer las láminas de las capas externa,
- disponer una doble lámina que conformará la bolsa de la capa intermedia
- disponer las láminas de la capa interna
- realizar la unión de las láminas de la capa externa y por otro lado realizar la unión de las láminas de la capa interna
- unir las capas anteriores y
- disponer al menos una válvula en la doble lámina de material flexible para la introducción de material de relleno, pudiendo ser realizadas las etapas en un orden distinto al orden en que aparecen mencionadas, y en particular, las dos últimas etapas pueden ser realizadas en orden inverso.
Según una primera realización particular el procedimiento de fabricación de la estructura tubular portátil comprende: - disponer las laminas de las capas externa e interna
- realizar la unión de las láminas de la capa externa y por otro lado realizar la unión de las láminas de la capa interna
- unir una doble lámina de material flexible para la conformación de una bolsa (sellado) capaz de alojar material de relleno, a las dos capas interna y externa, una a cada lado de la doble lámina, obteniendo la bolsa que forma la capa intermedia
- disponer al menos una válvula en la doble lámina de material flexible para la introducción de material de relleno, pudiendo ser realizadas las etapas en un orden distinto al orden en que aparecen mencionadas, y en particular, las dos últimas etapas pueden ser realizadas en orden inverso.
Las láminas de cada una de las capas externa e interna utilizadas en la primera etapa, se unen preferentemente entre sí, mediante entrecosido.
Las capas externa e interna son unidas a las láminas que conforman la bolsa de la capa intermedia mediante pegado. La lámina respectiva de la capa externa e interna, que está más cerca de la bolsa de material flexible, de la capa intermedia, puede ser pegada mediante termosellado o con pegamento plástico flexible a la bolsa de plástico, por onda ultrasónica o por inducción. El pegado con pegamento plástico flexible a la bolsa de la capa intermedia se realiza en un porcentaje de la superficie comprendido entre 10 y 90% de cada capa. De este modo es posible enrollar o plegar la estructura tubular portátil para facilitar el transporte de la estructura tubular portátil a la obra - emplazamiento final-
De forma opcional, la operación de pegado de los dos conjuntos de láminas entrecosidas a la bolsa de material flexible se puede realizar antes de la etapa de colocación de válvulas para el rellenado de la bolsa, tal como plástico, que conforma la capa intermedia, pero preferentemente se lleva a cabo después de la colocación de las válvulas para el rellenado de la bolsa de material flexible.
El sellado de esta bolsa de la capa intermedia se puede realizar por termosellado, por vibración ultrasónica o por inducción, preferentemente es sellada mediante termosellado. La bolsa dispone de al menos una valvula que puede ser previamente dispuesta, o que se dispone una vez selladas las láminas y conformada la bolsa. La válvula o válvulas sirven para introducir el material de relleno, y controlar la salida del exceso de dicho material que haya podido ser introducido.
El sellado de la bolsa polimérica no se hace manual, se realiza con válvulas anti retorno o sistemas tipo neumático de coche.
Se denomina sellado por inducción, o sellado mediante tapa, a un método, sin contacto, de calentar un disco metálico para sellar herméticamente la parte superior de recipientes de plástico y de vidrio. Este proceso de sellado se realiza después de que el recipiente ha sido llenado con su contenido y la tapa se ha colocado en su posición. El nombre proviene de que en el método se utiliza el principio de inducción electromagnética para generar calor y fijar el material del sello.
Según una realización más particular, el procedimiento para fabricar la estructura tubular portátil comprende:
- realizar un entrecosido de al menos dos mallas o láminas, una de fibra de carbono y otra de fibra de vidrio, para la capa interna y al menos otras dos láminas de los mismos materiales - con una distribución inversa respecto a la capa interna - para la capa externa (ver Figura 1),
- pegar los dos conjuntos de láminas entrecosidas a un lado y al opuesto de la bolsa de doble lámina que conformará la bolsa de la capa intermedia, por ejemplo, mediante un pegamento para plásticos flexibles
- colocación de al menos una válvula para el rellenado con un material de relleno en una doble lámina que conformará la bolsa de material flexible que a su vez conforma la capa intermedia
- sellado de bolsa de material flexible de la capa intermedia, en forma de tubo con una termoselladora, dejando la abertura de la válvula o válvulas, la cual sirve para introducir un material expansivo, tal como espuma y controlar la salida del exceso de material introducido.
La estructura tubular portátil está lista para ser plegada o enrollada y ser transportada al lugar de emplazamiento de la estructura tubular fija. La operación de pegado de los dos conjuntos de laminas entrecosidas a un lado y al opuesto de la bolsa de material flexible que conforma la capa intermedia, mediante un pegamento para plásticos flexibles, se puede hacer, alternativamente, del siguiente modo:
- Entrecosido de láminas obteniendo la capa externa
- Pegado de la capa externa a la lámina que conforma la bolsa de material flexible o a la bolsa previamente conformada.
- Entrecosido de láminas obteniendo la capa interna
- Pegado de la capa interna a la bolsa de material flexible.
Según una segunda realización alternativa, el procedimiento de fabricación de la estructura tubular portátil comprende:
- disponer las láminas de las capas externa extendidas,
- disponer sobre ellas la doble lámina de materia flexible que conformará la bolsa de la capa intermedia
- disponer sobre la doble lámina anterior, las láminas de la capa interna
- realizar la unión de todas las láminas anteriores por sus extremos
- disponer al menos una válvula en la doble lámina de material flexible para la introducción de material de relleno, pudiendo ser realizadas las dos últimas etapas en orden inverso.
Según una realización alternativa, el procedimiento de fabricación de la estructura tubular portátil comprende:
- disponer una lámina plástica extendida
- disponer sobre ella las láminas de las capas externa
- disponer sobre ellas la doble lámina que conformará la bolsa de la capa intermedia
- disponer sobre la doble lámina anterior, las láminas de la capa interna
- disponer sobre las láminas de la capa interna una segunda lámina plástica
- realizar la unión de todas las láminas anteriores por sus extremos
- disponer al menos una válvula en la doble lámina de material flexible para la introducción de material de relleno, disponer valvulas en las capas externa e interna para poder realizar en el emplazamiento final un proceso de infusión-vacío.
El procedimiento de fabricación de la estructura tubular fija comprende:
- disponer la estructura tubular portátil, fabricada previamente, en el lugar de emplazamiento de la estructura tubular fija
- introducir una bolsa interna en el hueco interior de la estructura
- rellenar la bolsa interna mediante inflado o inyección
- rellenar la bolsa de la capa intermedia con el material de relleno,
- extraer la bolsa interna
- aplicar el material que aglutina las láminas de las capas externa e interna de la estructura tubular de la etapa anterior, obteniendo la estructura tubular fija.
La unión de las capas externa e interna entre ellas se puede realizar de dos modos: mediante conectores, o a través de la capa intermedia, por contacto con ella, en cuyo caso no se llegan a unir directamente entre ellas.
Según una realización particular, la capa interna y la capa externa son unidas entre sí mediante conectores dispuestos entre ambas. Esta operación se lleva a cabo en la obra, es decir, “in situ”, en el emplazamiento final. Estos conectores son elementos rígidos, por ejemplo, de metal (tal como aluminio, acero) o de FRP. Los conectores son elementos de conexión que pueden tener una sección entre 5 y 9000 mm2 y su longitud puede ser, como máximo, el espesor total de la estructura tubular. Como se aprecia en la figura 1 son colocados radialmente y separados en ángulo de entre 25° y 35°, por ejemplo, de 30° aproximadamente respecto a la sección. Esta alternativa es una realización preferente de la invención.
A lo largo de la estructura tubular las secciones con conectores están separadas por entre 30 y 50 cm.
Según una realización particular adicional, la capa interna y la capa externa se unen entre sí, a lo largo de su contorno (esto es solo en la puesta en obra, in situ), por ejemplo, y preferentemente, mediante la matriz que aglutina las láminas de modo preferente, mediante una resina. Esta opcion solo se lleva a cabo en el emplazamiento final de la estructura tubular fija, es decir, no se utiliza para la obtención de la estructura tubular portátil. En este caso de pegar las capas externa e interna entre sí en la estructura portátil, se pegarán mediante un pegamento plástico flexible, como máximo el 40 % de la superficie de las capas, pues si este porcentaje es más elevado, no pasaría el material que aglutina las fibras de las láminas en las capas de la estructura tubular.
En el caso, preferente, de usar conectores para unir las capas externa e interna, dichos conectores se colocan taladrando las capas, después de retirar la bolsa interior de la estructura, y antes de aplicar la resina o matriz comenticia a las capas para endurecer las láminas.
Opcionalmente, la estructura tubular fija obtenida puede ser tratada con materiales para pintar, encalar, decorar, entre otros.
Según una realización particular, el procedimiento para fabricar la estructura tubular fija comprende:
1 - realizar un entrecosido de al menos dos mallas o láminas, una de fibra de carbono y otra de fibra de vidrio, para la capa interna y al menos otras dos láminas de los mismos materiales - con una distribución inversa respecto a la capa interna - para la capa externa (ver Figura 1)-
2. Pegado de los dos conjuntos de láminas entrecosidas - uno por cada lado - a una lámina doble que formará la bolsa - que una vez termosellada conforma la capa intermedia -, mediante un pegamento para plásticos flexibles.
3. colocación de válvulas para el rellenado de la bolsa de plástico que conforma la capa intermedia.
4. Sellado de la bolsa de plástico de la capa intermedia, en forma de tubo con una termoselladora (dejando la abertura de la válvula o válvulas, la cual sirve una para introducir una espuma y controlar la salida del exceso de espuma introducida).
5. Disposición e inflado de una bolsa interna en el hueco que forma la capa interna; una vez inflada la bolsa interior dentro del tubo, se procede al rellenado de la capa intermedia 6. Transcurridas vanas horas, preferentemente 24 h se procede al desinflado el globo o bolsa interior para su posterior extracción.
7. Para endurecer las láminas de las capas externa e interna, se inyecta o se rocía con los materiales que aglutinan las láminas y las fibras de las láminas, tales como las resinas ya mencionadas.
A su vez se protegen de la intemperie.
El inflado de la bolsa interior se puede realizar mediante un compresor de aire comprimido.
La matriz polimérica (de resina o de geopolímeros) o de material comenticio se aplica “¡n situ” sobre las láminas de las capas externa e interna, obteniendo de esa manera los materiales FRP o FML. El material de la matriz se introduce entre las fibras, ocupando el espacio disponible en los huecos y aglutinándolas. Según el lenguaje usado por los expertos, el material de la matriz “moja” las fibras de las láminas.
La estructura tubular es capaz de ser inflada “in situ” adquiriendo mediante el inflado su forma definitiva en el emplazamiento final.
Los materiales que aglutinan las láminas de las capas externa e interna tienen la función de ejercer de materiales de endurecimiento, de refuerzo o “refuerzo de alma” para dar rigidez a la estructura tubular confeccionada previamente.
Según una realización alternativa, el procedimiento de fabricación de la estructura tubular fija, comprende
- disponer la estructura tubular portátil, fabricada previamente, que comprende en este caso, una envoltura plástica, en el lugar de emplazamiento de la estructura tubular fija
- introducir una bolsa interna en el hueco interior de la estructura
- rellenar la bolsa interna mediante inflado o inyección
- rellenar la bolsa de la capa intermedia con el material de relleno
- extraer la bolsa interna - aplicar el material que aglutina las laminas de las capas externa e interna de la estructura tubular de la etapa anterior, mediante un proceso de infusión-vacío, obteniendo la estructura tubular fija.
El proceso de infusión-vacío, que se lleva a cabo después de la etapa de relleno de la capa intermedia, comprende: disponer al menos una válvula en la capa externa y al menos una válvula en la capa interna de la estructura a través de la cual se hace vacío disponer al menos una válvula en la capa externa y al menos una válvula en la capa interna de la estructura a través de la cual se inyecta el material de la matriz que aglutina las fibras. hacer vacío a través de las válvulas de vacío, mientras se inyecta el material de la matriz que aglutina las fibras a través de las válvulas de inyección de material.
El proceso de infusión-vacío para la aplicación del material de la matriz tiene las ventajas de que no se necesitan moldes previos en taller, ya que la capa intermedia después de hincharse hace de molde “in situ”.
En el procedimiento de la presente invención no se necesitan autoclaves, el endurecimiento de los materiales se realiza a temperatura ambiente.
Finalmente, se pueden aplicar las pinturas o cales mencionados con fines protectores, y/o decorativos.
La invención es aplicable a las infraestructuras actuales de concepto “hyperloop” o a fustes de torres eólicas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Figura 1 : Infografía de la sección de una realización particular de la estructura tubular de la invención, en la que: 1 : laminas de FRP I FML con fibra de carbono
2: láminas de FRP I FML con fibra de vidrio
3: bolsa de plástico
4: espuma de poliuretano
IN: capa interna
I: capa intermedia
E: capa externa
5: conectores
Se aprecian los conectores, que son colocados radialmente y separados en ángulo de 30° aproximadamente. A lo largo de la estructura tubular híbrida fija los conectores mantienen una separación que puede ser entre 10 y 50 cm, preferentemente 30 y 50 cm. Figura 2: fotografía de la sección circular de una realización particular de la estructura de la invención.
Figura 3: una realización particular de la estructura tubular antes del inflado de la bolsa polimérica. En la figura se ven dos bolsas: la de la izquierda de la figura es la bolsa dispuesta en el hueco formado por la capa interna, y la otra bolsa es la bolsa de plástico que conforma la capa intermedia de la estructura. En esta figura se ve la orientación de las láminas, que es longitudinal
Figura 4: una realización particular de la estructura tubular en la que está inflada la bolsa interior, pero aún no se ha rellenado la bolsa de la capa intermedia

Claims

REIVINDICACIONES
1. Una estructura tubular portátil que comprende al menos las siguientes capas concéntricas:
- una capa interna, formada por al menos una lámina, siendo la superficie libre de la capa interna, que es la superficie más interior, capaz de conformar un hueco cuando la estructura está en posición extendida
- una capa intermedia, a la cual está unida la capa interna, dicha capa intermedia es una bolsa capaz de alojar un material de relleno,
- una capa externa, unida a la capa intermedia, dicha capa externa está formada por al menos una lámina del mismo material, o distinto material, que la lámina de la capa interna.
2. Estructura tubular portátil según la reivindicación 1 , que comprende además una lámina plástica exterior en contacto con la capa externa y una lámina plástica interior en contacto con la superficie libre, o cara más interna, de la capa interna, tal que ambas láminas exterior e inferior conforman una envoltura que encierra la capa externa y la capa interna de la estructura portátil.
3. Estructura tubular portátil según la reivindicación 1 o 2, que comprende al menos las siguientes capas concéntricas:
- una capa interna, formada por al menos una lámina seleccionada entre láminas de fibras de carbono, láminas de fibra de vidrio, láminas de fibras plásticas, láminas de fibras de basalto, láminas de aramida, láminas de fibras de poliamidas, láminas de metal, y combinaciones de dichas láminas cuya superficie libre, que es la superficie más interior, es capaz de conformar un hueco cuando la estructura está en posición extendida
- una capa intermedia, a la cual está unida la capa interna, dicha capa intermedia es una bolsa capaz de alojar un material de relleno,
- una capa externa, unida a la capa intermedia, tal que dicha capa externa está formada por al menos una lámina seleccionada entre láminas de fibras de carbono, láminas de fibra de vidrio, láminas de fibras plásticas, láminas de fibras de basalto, láminas de aramida, laminas de fibras de poliamidas, laminas de metal y combinaciones de dichas láminas.
4. Estructura tubular portátil según una de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la capa externa y la capa interna están formadas por el mismo número de láminas o por distinto número de láminas.
5. Estructura tubular portátil según una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la capa externa y la capa interna están formadas por el mismo número de láminas, siendo estas láminas de idéntica composición en ambas capas, pero estando dispuestas en la capa interna en orden inverso al que se encuentran en la capa externa.
6. Estructura tubular portátil según una de las reivindicaciones 1 a 5, en la que:
- la lámina más externa
- o la lámina más interna-
- o la lámina más externa y la lámina más interna de la estructura son de fibra de carbono.
7. Estructura tubular portátil según una de las reivindicaciones 1 a 5, en la que, la lámina más externa, o la lámina más interna, o ambas, de la estructura son de fibra de carbono unida a una lámina de fibra de vidrio.
8. Estructura tubular portátil según una de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la capa externa está formada - desde fuera hacia dentro- por al menos dos láminas: una lámina de fibra de carbono y una lámina de fibra de vidrio, mientras que la capa interna está formada - desde la superficie más alejada del centro de la estructura hacia el interior- por láminas idénticas a las de la capa externa, colocadas en orden inverso.
9. Estructura tubular fija que comprende las capas concéntricas de la estructura portátil definidas anteriormente en una de las reivindicaciones 1 a 8, en las que:
- en la capa interna, unida a la capa intermedia, las fibras de la lámina o láminas, están aglutinadas por una matriz, y cuya superficie libre forma el hueco interior central, longitudinal, de la estructura tubular fija,
- la capa intermedia comprende dentro de la bolsa un material de relleno,
- en la capa externa, unida a la capa intermedia por el lado opuesto al que están unidas la capa intermedia y la interna, las fibras de la lámina o láminas están aglutinadas por una matriz.
10. Estructura tubular fija según la reivindicación 9, en la que la matriz que aglutina las láminas de las capas externa e interna está seleccionada entre una matriz polimérica y una matriz comenticia.
11. Estructura tubular fija según la reivindicación 9 o 10, que comprende, además, una lámina plástica exterior en contacto con la capa externa y una lámina plástica interior en contacto con la superficie libre, o cara más interna, de la capa interna, tal que ambas láminas exterior e interior conforman una envoltura que encierra la capa externa y la capa interna de la estructura fija.
12. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 11 , en la que las capas interna, externa o ambas están compuestas por FRP, FML o combinaciones de ellas.
13. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 12, en la que los materiales que componen las láminas están seleccionados entre fibras de carbono, fibra de vidrio, fibras plásticas, fibras de basalto, fibras de aramida, fibras de poliamidas, y metales.
14. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 13, en la que las capas interna, externa o ambas están compuestas por FRP que comprende fibra de carbono y FRP que comprende fibra de vidrio.
15. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 14, en la que las capas externa, interna, o ambas, son de FRP y la matriz polimérica comprende materiales seleccionados entre: - resinas, preferentemente, resinas de poliester, de poliamida, resinas de vinilester, resinas acrílicas, resinas epoxi, resinas fenólicas, resina uretano,
- materiales cementicios y
- geopolímeros, y combinaciones de ellos
16. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 15, en la que las capas externa, interna, o ambas, son de FML y la matriz polimérica comprende materiales seleccionados entre:
- resinas, preferentemente, resinas de poliéster, de poliamida, resinas de vinilester, resinas acrílicas, resinas epoxi, resinas fenólicas, resina uretano y
- geopolímeros y combinaciones de ellos.
17. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 16 que comprende al menos las siguientes capas concéntricas:
- una capa interna formada por al menos una lámina de un material seleccionado entre: FRP y FML, y cuya superficie libre forma el hueco interior central, longitudinal, de la estructura tubular,
- una capa intermedia, a la cual están unidas la capa interna y la capa externa por lados opuestos de la capa intermedia, dicha capa intermedia está formada por una bolsa de material flexible, que comprende un material de relleno,
- una capa externa, unida a la capa intermedia, dicha capa externa está formada por al menos una lámina de un material seleccionado entre: FRP y FML.
18. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 17, en la que la capa externa y la capa interna están formadas por el mismo número de láminas, siendo estas láminas de idéntica composición en ambas capas, pero estando dispuestas en la capa interna en orden inverso al que se encuentran en la capa externa.
19. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 18, en la que la lámina más externa de la estructura, o la lámina más interna de la estructura, o ambas son de FRP que comprende fibra de carbono.
20. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 18, en la que la lamina más interna de la capa externa, la lámina más externa de la capa interna de la estructura, o ambas, son de FRP que comprende fibra de vidrio.
21. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 18, en la que la capa externa está formada por una lámina de FRP con fibra de carbono y una lámina de FRP con fibra de vidrio, mientras que la capa interna está formada, desde la superficie más alejada del centro de la estructura hacia el interior, por láminas idénticas a las de la capa externa, colocadas en orden inverso.
22. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 18, en la que la capa externa está formada por dos láminas: una exterior de FML con fibra de carbono, y una interior unida a ella de FML con fibra de vidrio, y la capa interna está formada por dos láminas idénticas a las de la capa externa, de modo que en la capa interna la lámina de FML con fibra de carbono es la más interior de ellas.
23. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 18, en la que la capa externa está formada por una o vahas láminas de FRP y FML, mientras que la capa interna está formada, desde la superficie más alejada del centro de la estructura hacia el interior, por láminas idénticas a las de la capa externa, colocadas en orden inverso.
24. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 23, en la que las láminas de fibras que conforman las capas interna y externa en la estructura tubular fija están formadas por fibras que están dispuestas en una misma dirección o en más de una dirección respecto al eje longitudinal de la estructura tubular fija.
25. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 24, en la que la que cada una de las láminas de fibras que conforman las capas interna y externa tienen un espesor comprendido entre 0,5 mm y 3 mm.
26. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 25, en la que la que la bolsa de la capa intermedia está rellena con un material expandidle, preferentemente, una espuma, gas o un material comenticio.
27. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 26, que comprende además un revestimiento formado por una o más capas protectoras, decorativas o ambas.
28. Estructura tubular fija según una de las reivindicaciones 9 a 27, que comprende materiales FML microperforados.
29. Un procedimiento para fabricar una estructura tubular portátil definida en una de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende:
- disponer las láminas de las capas externa,
- disponer una doble lámina que conformará la bolsa de la capa intermedia
- disponer las láminas de la capa interna
- realizar la unión de las láminas de la capa externa y por otro lado realizar la unión de las láminas de la capa interna
- unir las capas anteriores y
- disponer al menos una válvula en la doble lámina de material flexible para la introducción de material de relleno, pudiendo ser realizadas las etapas en un orden distinto al orden en que aparecen mencionadas, y en particular, las dos últimas etapas pueden ser realizadas en orden inverso.
30. Un procedimiento según la reivindicación 29 que comprende:
- disponer las láminas de las capas externa extendidas,
- disponer sobre ellas la doble lámina de materia flexible que conformará la bolsa de la capa intermedia
- disponer sobre la doble lámina anterior, las láminas de la capa interna
- realizar la unión de todas las láminas anteriores por sus extremos
- disponer al menos una válvula en la doble lámina de material flexible para la introducción de material de relleno.
31. Un procedimiento según la reivindicación 29 o 30 que comprende:
- disponer una lámina plástica extendida
- disponer sobre ella las láminas de las capas externa
- disponer sobre ellas la doble lámina que conformará la bolsa de la capa intermedia
- disponer sobre la doble lámina anterior, las láminas de la capa interna
- disponer sobre las láminas de la capa interna una segunda lámina plástica
- realizar la unión de todas las láminas anteriores por sus extremos
- disponer al menos una válvula en la doble lámina de material flexible para la introducción de material de relleno, disponer válvulas en las capas externa e interna para poder realizar en el emplazamiento final un proceso de infusión-vacío.
32. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 29 a 31 , en el que las láminas de cada una de las capas externa e interna se unen entre sí mediante entrecosido.
33. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 29 a 32, en el que las capas externa e interna son unidas a la bolsa que conforma la capa intermedia mediante pegado.
34. Un procedimiento según de las reivindicaciones 29 a 33, que comprende:
- realizar un entrecosido de al menos dos mallas o láminas, una de fibra de carbono y otra de fibra de vidrio, para la capa interna y al menos otras dos láminas de los mismos materiales - con una distribución inversa respecto a la capa interna - para la capa externa
- pegar los dos conjuntos de láminas entrecosidas a un lado y al opuesto de la bolsa de doble lámina que conformará la bolsa de la capa intermedia,
- colocación al menos una válvula para el rellenado en una doble lámina que conformará la bolsa de material flexible que a su vez conforma la capa intermedia
- sellado de bolsa de material flexible de la capa intermedia, en forma de tubo, dejando la abertura de la válvula o válvulas, la cual sirve para introducir un material expansivo y controlar la salida del exceso de material introducido.
35. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 29 a 34, que comprende, además,
- disponer la estructura tubular portátil, fabricada previamente, en el lugar de emplazamiento de la estructura tubular híbrida fija
- introducir una bolsa interna en el hueco interior de la estructura portátil
- rellenar la bolsa interna mediante inflado o inyección
- rellenar la bolsa polimérica intermedia con el material de relleno,
- extraer la bolsa interna
- aplicar el material que aglutina las láminas de las capas externa e interna de la estructura tubular de la etapa anterior, obteniendo la estructura tubular fija definida en la reivindicación 9.
36. Un procedimiento según la reivindicación 35, que comprende
- disponer la estructura tubular portátil, fabricada previamente, que comprende una envoltura plástica, en el lugar de emplazamiento de la estructura tubular fija
- introducir una bolsa interna en el hueco interior de la estructura
- rellenar la bolsa interna mediante inflado o inyección
- rellenar la bolsa de la capa intermedia con el material de relleno
- extraer la bolsa interna
- aplicar el material que aglutina las láminas de las capas externa e interna de la estructura tubular de la etapa anterior, mediante un proceso de infusión-vacío, obteniendo la estructura tubular fija.
37. Un procedimiento según la reivindicación 36, en el que el proceso de infusión-vacío, que se lleva a cabo después de la etapa de relleno de la capa intermedia, comprende: disponer al menos una válvula en la capa externa y al menos una válvula en la capa interna de la estructura a través de la cual se hace vacío disponer al menos una válvula en la capa externa y al menos una válvula en la capa interna de la estructura a través de la cual se inyecta el material de la matriz que aglutina las fibras. hacer vacío a través de las válvulas de vacío, mientras se inyecta el material de la matriz que aglutina las fibras a través de las válvulas de inyección de material.
38. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 35 a 37, en el que: la unión de las capas externa e interna se lleva a cabo mediante conectores dispuestos entre ambas, de modo que los conectores se colocan taladrando las capas, después de retirar la bolsa interna de la estructura, y antes de aplicar el material que aglutina las láminas de las capas externa e interna.
39. Un procedimiento según una de las reivindicaciones 35 a 37, en el que la unión de las capas externa e interna a la capa intermedia se lleva a cabo uniendo su contorno mediante un pegamento plástico flexible, como máximo en el 40 % de la superficie de las capas.
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