Una junta de expansión , o junta de movimiento , es un conjunto diseñado para mantener juntas las piezas y absorber de forma segura la expansión y contracción inducidas por la temperatura de los materiales de construcción. Se encuentran comúnmente entre secciones de edificios , puentes , aceras , vías férreas , sistemas de tuberías , barcos y otras estructuras.
Las fachadas de los edificios, las losas de hormigón y las tuberías se expanden y contraen debido al calentamiento y enfriamiento por variaciones estacionales o por otras fuentes de calor. Antes de que se construyeran juntas de expansión en estas estructuras, se agrietaban bajo la tensión inducida.
Las juntas de expansión de puentes están diseñadas para permitir el tráfico continuo entre estructuras, al mismo tiempo que se adaptan al movimiento, la contracción y las variaciones de temperatura en estructuras de hormigón armado y pretensado, compuestas y de acero. Evitan que el puente se deforme en condiciones extremas y también permiten un movimiento vertical suficiente para permitir el reemplazo de los apoyos [1] sin la necesidad de desmontar la junta de expansión del puente. Existen varios tipos, que pueden adaptarse a movimientos de 30 a 1000 milímetros (1,2 a 39,4 pulgadas), incluidas las juntas para movimientos pequeños (EMSEAL BEJS, XJS, JEP, WR, WOSd y Granor AC-AR), movimientos medios (ETIC EJ, Wd) y movimientos grandes (WP, ETIC EJF/Granor SFEJ).
Las juntas de expansión modulares se utilizan cuando los movimientos de un puente superan la capacidad de una junta de un solo espacio o una junta de tipo dedo. Las juntas de expansión modulares de múltiples espacios pueden adaptarse a movimientos en todas las direcciones y rotaciones sobre cada eje. Se pueden utilizar para movimientos longitudinales de tan solo 160 mm o para movimientos muy grandes de más de 3000 mm. El movimiento total del tablero del puente se divide entre una serie de espacios individuales que se crean mediante vigas superficiales horizontales. Los espacios individuales se sellan mediante perfiles elastoméricos herméticos y los movimientos de las vigas superficiales se regulan mediante un sistema de control elástico. El drenaje de la junta se realiza a través del sistema de drenaje del tablero del puente. Algunas juntas presentan las llamadas "placas sinusoidales" en su superficie, que reducen el ruido del tráfico que pasa por encima hasta en un 80 %. [2]
Las juntas de control de mampostería también se utilizan a veces en losas de puentes.
Los ladrillos de arcilla se expanden a medida que absorben calor y humedad. Esto genera una tensión de compresión sobre los ladrillos y el mortero, lo que favorece el abultamiento o descascaramiento. [3] Una junta que reemplace el mortero con sellador elastomérico absorberá las fuerzas de compresión sin sufrir daños. [4] Las cubiertas de hormigón (normalmente en aceras ) pueden sufrir problemas horizontales similares, que normalmente se alivian añadiendo un espaciador de madera entre las losas. La junta de expansión de madera se comprime a medida que el hormigón se expande. Normalmente se utiliza cedro seco resistente a la putrefacción, con una hilera de clavos que sobresalen y que se incrustarán en el hormigón y mantendrán el espaciador en su lugar. [5]
Las juntas de control, o juntas de contracción, a veces se confunden con las juntas de expansión, pero tienen un propósito y una función diferentes. El hormigón y el asfalto tienen una resistencia a la tracción relativamente débil y suelen formar grietas aleatorias a medida que envejecen, se encogen y se exponen a tensiones ambientales (incluidas las tensiones de expansión y contracción térmicas). Las juntas de control intentan atenuar el agrietamiento mediante la designación de líneas para aliviar la tensión. Se cortan en el pavimento a intervalos regulares. Las grietas tienden a formarse a lo largo de los cortes, en lugar de de forma aleatoria en otras partes. Se trata principalmente de una cuestión estética; la apariencia de grietas uniformes y regulares, que pueden estar ocultas en la grieta de la junta, a menudo se prefiere a las grietas aleatorias. [6]
De esta forma, las juntas de expansión reducen las grietas , incluso en la estructura general, mientras que las juntas de control gestionan las grietas, principalmente a lo largo de la superficie visual.
Las juntas de control de la calzada se pueden sellar con alquitrán caliente, sellador frío (como silicona) o sellador de compresión (como espumas reticuladas a base de caucho o polímeros). [7] Se puede utilizar mortero con una unión desprendible para rellenar algunas juntas de control.
Las juntas de control deben tener la profundidad adecuada y no exceder el espaciamiento máximo para que sean efectivas. Las especificaciones típicas para una losa de cuatro pulgadas de espesor son: [8]
Las juntas de movimiento están diseñadas para absorber el movimiento del contrapiso y de las baldosas mismas debido a la expansión y contracción térmica, las variaciones de humedad y los cambios estructurales. Estas juntas son esencialmente espacios, generalmente rellenos con un material flexible como silicona o caucho, que separan las baldosas y permiten el movimiento sin provocar que las baldosas se agrieten, se doblen o se desarticulen. [9] [10]
Si una vía de tren pasa por un puente que tiene juntas de expansión que se mueven más de unos pocos milímetros, la vía debe ser capaz de compensar esta expansión o contracción más prolongada. Por otro lado, la vía siempre debe proporcionar una superficie continua para las ruedas que se desplazan sobre ella. Estos requisitos contradictorios se satisfacen mediante juntas de expansión especiales, en las que dos raíles se deslizan uno junto al otro en un ángulo muy agudo durante la expansión o contracción. Se ven típicamente cerca de uno o ambos extremos de grandes puentes de acero. Una junta de expansión de este tipo se parece un poco a la lengüeta de un cambio de vía , pero con un propósito y un funcionamiento diferentes.
Las juntas de expansión son necesarias en los grandes sistemas de aire por conductos para permitir que las piezas fijas de las tuberías estén prácticamente libres de tensión a medida que se produce la expansión térmica. Los codos también pueden adaptarse a esto. Las juntas de expansión también aíslan piezas de equipos como ventiladores de los conductos rígidos, lo que reduce la vibración de los conductos y permite que el ventilador "crezca" a medida que alcanza la temperatura de funcionamiento del sistema de aire sin ejercer presión sobre el ventilador o las partes fijas de los conductos.
Una junta de expansión está diseñada para permitir la deflexión en las deflexiones axiales (compresión), laterales (corte) o angulares (flexión). Las juntas de expansión pueden ser no metálicas o metálicas (a menudo llamadas de tipo fuelle). Las no metálicas pueden ser una sola capa de material recubierto de goma o un compuesto hecho de múltiples capas de material flexible resistente al calor y la erosión. Las capas típicas son: cubierta exterior para actuar como sello de gas, un material resistente a la corrosión como teflón, una capa de fibra de vidrio para actuar como aislante y agregar durabilidad, varias capas de aislamiento para garantizar que la transferencia de calor del gas de combustión se reduzca a la temperatura requerida y una capa interior.
Un fuelle está formado por una serie de una o más convoluciones de metal para permitir la desviación axial, lateral o angular.
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Las juntas de expansión de tuberías son necesarias en sistemas que transportan sustancias a alta temperatura, como vapor o gases de escape, o para absorber el movimiento y la vibración. Una junta típica es un fuelle de metal (más comúnmente acero inoxidable ), plástico (como PTFE ), tela (como fibra de vidrio) o un elastómero como caucho . Un fuelle está formado por una serie de convoluciones, con la forma de la convolución diseñada para soportar las presiones internas de la tubería, pero lo suficientemente flexible para aceptar deflexiones axiales, laterales y angulares. Las juntas de expansión también están diseñadas para otros criterios, como la absorción de ruido, la antivibración, el movimiento sísmico y el asentamiento de edificios. Las juntas de expansión de metal tienen que diseñarse de acuerdo con las reglas establecidas por EJMA, para las juntas de expansión de tela hay pautas y una descripción de vanguardia de la Asociación de Calidad para Juntas de Expansión de Tela. Las juntas de expansión de tuberías también se conocen como "compensadores", ya que compensan el movimiento térmico.
Las juntas de expansión se incluyen a menudo en los sistemas de tuberías industriales para adaptarse al movimiento debido a los cambios térmicos y mecánicos en el sistema. Cuando el proceso requiere grandes cambios de temperatura, los componentes metálicos cambian de tamaño. Las juntas de expansión con fuelles metálicos están diseñadas para adaptarse a ciertos movimientos y, al mismo tiempo, minimizar la transferencia de fuerzas a los componentes sensibles del sistema.
La presión creada por las bombas o la gravedad se utiliza para mover fluidos a través del sistema de tuberías. Los fluidos bajo presión ocupan el volumen de su recipiente. El concepto único de las juntas de expansión con equilibrio de presión es que están diseñadas para mantener un volumen constante mediante fuelles de equilibrio que compensan los cambios de volumen en el fuelle (fuelle de línea) que se mueve por la tubería. Un nombre temprano para estos dispositivos era "compensador de presión-volumétrico". [11]
Las juntas de expansión de caucho se fabrican principalmente mediante el envoltorio manual de láminas de caucho y láminas de caucho reforzadas con tejido alrededor de un mandril de producto en forma de fuelle. Además de caucho y tejido, se añaden caucho reforzado y/o alambres de acero o anillos de metal para un refuerzo adicional. [12] Una vez que todo el producto se construye sobre el mandril, se cubre con un bobinado de capa desprendible (nailon) para presurizar todas las capas juntas. Debido al proceso de producción intensivo en mano de obra, una gran parte de la producción se ha trasladado a Europa del Este y países asiáticos.
Algunos tipos de juntas de expansión de caucho se fabrican mediante un proceso de moldeo. Las juntas típicas que se moldean son juntas de expansión de tamaño mediano con anillos de talón, que se producen en grandes cantidades. Estas juntas de expansión de caucho se fabrican en un mandril cilíndrico, que se envuelve con una capa de tela cortada al bies. Al final, se colocan los anillos de talón y las secciones de los extremos se doblan hacia adentro sobre los anillos de talón. Esta parte finalmente se coloca en un molde y se moldea en forma y se vulcaniza. Esta es una solución altamente automatizada para grandes cantidades del mismo tipo de junta.
Se ha desarrollado una nueva tecnología para enrollar automáticamente capas de caucho y refuerzo en el mandril (cilíndrico o en forma de fuelle) utilizando robots industriales en lugar de enrollarlos manualmente. Esto es rápido y preciso y proporciona una alta calidad repetible. Otro aspecto del uso de robots industriales para la producción de juntas de expansión de caucho es la posibilidad de aplicar una capa de refuerzo individual en lugar de utilizar tela pretejida. La tela de refuerzo está pretejida y cortada en el ángulo de inclinación preferido. Con el refuerzo individual es posible agregar más o menos material de fibra en diferentes secciones del producto cambiando los ángulos de fibra a lo largo del producto. [13]
Los revestimientos internos se pueden utilizar para proteger los fuelles metálicos de la erosión o para reducir la turbulencia en los mismos. Se deben utilizar cuando se incluyen conectores de purga en el diseño. Para proporcionar suficiente espacio libre en el diseño del revestimiento, el diseñador debe especificar los movimientos laterales y angulares adecuados. Al diseñar una junta de expansión con extremos combinados, también se debe especificar la dirección del flujo. [14]
Se deben utilizar cubiertas o envoltorios externos para proteger los fuelles internos y evitar que se dañen. También sirven como aislantes de los fuelles. Las cubiertas pueden diseñarse como accesorios extraíbles o permanentes. [15]
En sistemas que tienen un medio con un contenido significativo de partículas (es decir, un catalizador o un reservorio de vapor), se puede utilizar una barrera de fibra cerámica para evitar la corrosión y la restricción de la flexibilidad del fuelle como resultado de la acumulación de partículas. También se pueden utilizar conectores de purga para realizar esta misma función. También se deben incluir revestimientos internos en el diseño si la junta de expansión incluye conectores de purga o barreras de partículas. [16]
Las barras limitadoras se pueden utilizar en el diseño de una junta de expansión para limitar la compresión o expansión axial. Permiten que la junta de expansión se mueva en un rango según la ubicación de los topes de tuerca a lo largo de las barras. Las barras limitadoras se utilizan para evitar la sobreextensión del fuelle y, al mismo tiempo, restringir el empuje de presión total del sistema.
Las fallas de las juntas de expansión pueden ocurrir por varias razones, pero la experiencia demuestra que las fallas se dividen en varias categorías diferentes. Esta lista incluye, entre otras: daños durante el envío y la manipulación, instalación incorrecta o protección insuficiente durante o después de la instalación, anclaje, guía y soporte inadecuados del sistema, falla del anclaje durante el servicio, corrosión, sobrepresión del sistema, deflexión excesiva del fuelle, torsión, erosión del fuelle y material particulado en las convoluciones del fuelle que restringen el movimiento adecuado. [17]
Existen varias acciones que se pueden tomar para prevenir y minimizar el fallo de las juntas de expansión. Durante la instalación, evite dañar los fuelles siguiendo cuidadosamente las instrucciones proporcionadas por el fabricante. [18] Después de la instalación, inspeccione cuidadosamente todo el sistema de tuberías para ver si se produjo algún daño durante la instalación, si la junta de expansión está en la ubicación adecuada y si la dirección y el posicionamiento del flujo de la junta de expansión son correctos. [19] Además, inspeccione periódicamente la junta de expansión durante la vida útil del sistema para verificar si hay corrosión externa, aflojamiento de los sujetadores roscados y deterioro de los anclajes, guías y otros herrajes. [20]
Otros tipos de juntas de expansión pueden incluir: junta de expansión de tela, junta de expansión de metal (las juntas de expansión de presión equilibrada son un tipo de juntas de expansión de metal), junta de expansión toroidal , junta de expansión de cardán, junta de expansión universal, junta de expansión en línea, junta de expansión con revestimiento refractario , junta de expansión con bisagras , junta de expansión reforzada y más.
Las juntas de expansión de cobre son materiales excelentes diseñados para el movimiento de los componentes de la construcción debido a la temperatura, las cargas y el asentamiento. El cobre es fácil de moldear y dura mucho tiempo. Hay información disponible sobre las condiciones del techo, los bordes del techo y los pisos. [21]