BR102018011495B1 - Estaca de expansão radial - Google Patents

Abstract

"ESTACA DE EXPANSÃO RADIAL". O presente pedido de patente idealiza uma estaca com escamas expansivas, que pertence ao campo dos artigos para a construção civil, de uso mais precisamente nas execuções de fundações para as construções em geral, tais como estaca normal de construção civil, suportagem de muros de arrimos e taludes, etc.; o grande inconveniente das estacas convencionais (Brocas; Pré-moldadas de concreto; Strauss; Frank; Injetadas; Hélice-contínua; Raiz, etc.), está no fato de que sempre serão acionadas a partir da área da base, deste modo é importante que se encontre um solo que possua resistência bastante para suportar toda a carga útil da construção; diferentemente o objeto do presente pedido de patente é constituído a partir de um corpo principal tubular (2) dotado de uma pluralidade de elemento expansivo (4) posicionados dentro do corpo principal tubular (2) aos pares, rente à sua parede e unidos mutuamente por meio de cimento, sendo que o corpo principal tubular (2) comporta em seu interior um pino expansor (6) de comprimento e diâmetro compatível, observando que quando o pino expansor (6) é inserido no interior do corpo principal tubular (2) as regiões cimentadas que unem os pares de elementos expansivos (4) são fraturadas e esses se projetam para fora das (...).

Description

Campo da invenção

[001] A presente patente de privilégio de invenção tem por objeto uma inovadora estaca de expansão radial, pertencente ao campo dos artigos para a construção civil, de uso mais precisamente nas execuções de fundações para as construções em geral, tais como estaca normal de construção civil, suportagem de muros de arrimos e taludes, etc..

[002] As estacas de expansão radial, em apresentação, são uteis em dezenas de situações onde são empregadas as estacas tradicionais com ganhos importantes, e também podem ser empregadas em usos bastante específicos, cuja indicação sempre será a estaca de expansão radial.

[003] Tem-se, portanto, no pedido de patente em questão, um dispositivo especialmente projetado e desenvolvido para obter enorme praticidade e que traz grandes vantagens, tanto em sua utilização como em sua fabricação.

[004] É ainda, objetivo do presente pedido, apresentar uma estaca de expansão radial com baixos custos para sua exequibilidade industrial, porém aliado aos requisitos de robustez, segurança e praticidade utilitária, oferecendo assim ao setor da construção civil, uma opção adicional no mercado de congêneres, que ao contrário dos produtos usuais, oferece inúmeras possibilidades e benefícios a seus usuários, tornando-se um produto de grande aceitação no mercado consumidor.

[005] Como é sabido, notadamente por técnicos no assunto, fundação é o termo mais utilizado na engenharia civil para designar as estruturas responsáveis por transmitir as solicitações de cargas das construções a uma camada resistente do solo.

[006] Existem vários tipos de fundações e a escolha do tipo mais adequado ocorrerá sempre em função das cargas da edificação, tipo de solo e também da profundidade da camada resistente do solo. Com base na combinação destas análises optar-se-á também pelo tipo de estrutura que tiver o menor custo e/ou menor prazo de execução.

[007] É sabido que acima da camada resistente do solo, existem outras camadas que embora não possuam o mesmo potencial de suporte, possuem uma porcentagem importante desta suportagem.

Estado da técnica

[008] Estacas são elementos estruturais de fundação profunda que são executadas inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que, em qualquer fase de sua execução, haja descida do operário pelo fuste. Podem ser classificadas como "estacas cravadas" e "estacas escavadas". Das estacas escavadas, ainda podemos agrupá-las em: estacas escavadas com o emprego de broca, ou, através do apiloamento do solo.

[009] As estacas cravadas (ou estacas pré- moldadas) caracterizam-se por sua introdução no solo através de processos que não promovam a retirada de solo, elas podem ser cravadas por percussão, prensagem ou vibração. Existem diversos tipos de estacas cravadas, de diversos materiais, elas podem ser de madeira, aço, concreto-armado, ou de material misto.

[010] A estaca escavada com o emprego de broca é um tipo de fundação profunda executada por perfuração com trado e posterior concretagem, sendo executadas com trado manual ou mecânico, sem uso de revestimento.

[011] A estaca escavada através de apiloamento é executada basicamente por perfuração com o emprego de soquete. Sua perfuração é feita através da queda livre da piteira, na maioria dos casos com a utilização de água. A piteira em queda intermitente perfura o solo abrindo assim o fuste para posterior concretagem

[012] Dentre os tipos mais usuais de fundação encontram se as estacas (Brocas; Pré-moldadas de concreto; Strauss; Frank; Injetadas; Hélice-continua; Raiz etc.), todas estas estacas têm como função principal a transmissão das cargas totais das construções a uma camada do solo que tenha capacidade de suportá-las, e que pode estar de zero a dezenas de metros abaixo da construção.

Pontos deficientes do estado da técnica

[013] O grande inconveniente das estacas convencionais (Brocas; Pré-moldadas de concreto; Strauss; Frank; Injetadas; Hélice-contínua; Raiz etc.), está no fato de que sempre serão acionadas a partir da área da base, deste modo é importante que se encontre um solo que possua resistência bastante para suportar toda a carga útil da construção.

[014] Em muitos casos, a camada resistente para a ancoragem é substancialmente profunda, obrigando a utilização de estacas bastante longas, equipamentos mais pesados, etc. e consequentemente ocasionando custos mais elevados.

Solução proposta

[015] Foi pensando nesses inconvenientes que, após inúmeras pesquisas e estudos, o inventor, pessoa ligada ao ramo, criou e desenvolveu o objeto da presente patente, idealizando uma estaca de expansão radial em que nem só as qualidades mecânicas e funcionais foram consideradas no projeto de sua fabricação, mas também a forma, a disposição e a localização de suas partes e componentes que, corretamente posicionadas, trouxeram um aumento de eficiência sem acarretar ônus algum.

[016] A solução encontrada é a realização de uma estaca tubular dotada de múltiplos elementos expansivos, doravante denominados de escamas expansivas, ao longo da estrutura. Ditas escamas expansivas são expandidas por meio de um pino de expansão que é introduzido na estaca tubular, após a mesma ser cravada no solo.

[017] A Estaca de Expansão Radial, objeto do presente pedido de patente, oferece suporte além da área da base, nas diversas pequenas áreas de cada escama, que foi acionada com a introdução do pino expansor, deste modo a capacidade de suporte da estaca de expansão radial pode ser obtida muito antes de atingir um solo capaz de suportar a carga útil da construção.

[018] Assim, a presente patente foi projetada visando obter um dispositivo com menor número de peças possível, convenientemente configuradas e arranjadas para permitir que a estaca de expansão radial desempenhe suas funções com eficiência e versatilidade inigualáveis, sem os inconvenientes já mencionados.

[019] Apresenta-se no presente pedido de patente, uma prática e inovadora estaca de expansão radial com todas as qualidades estéticas e funcionais, projetada e desenvolvida segundo as mais modernas técnicas, possibilitando dessa maneira a sua mais variada utilização, desde o uso como estaca normal de construção civil até seu uso em muros de arrimo e suportagem de taludes, como também em construções em terrenos propensos a desmoronamentos, além de outros casos diversos.

[020] Seu conceito inovador permite que se obtenha um excelente nível de funcionalidade, oferecendo uma estaca de expansão radial, que possui muitas características interessantes e importantes, porém as duas principais são: - A capacidade de absorver o potencial de suporte distribuído nas várias camadas acima da camada resistente do solo (camada onde se é normal a ancoragem das estacas tradicionais), isto faz com que as profundidades de ancoragem destas estacas possam ser drasticamente reduzidas. - A capacidade de suporte em duas direções (Sempre no sentido normal construção-solo). • Na direção da construção para o solo. • Na direção do solo para construção.

[021] Nota: Estas duas características principais permitem usos mais variados para este tipo de elemento estrutural, alguns destes usos são específicos destas estacas; também geram economias significativas às obras de engenharia.

[022] A estaca de expansão radial pode ser fabricada basicamente de dois tipos de materiais: estrutura de concreto armado (a resistência será definida pelos cálculos das solicitações das construções); estrutura metálica (qualquer metal que ofereça a capacidade de absorver as solicitações das construções). Porém além desses materiais ressalta-se que pode ser utilizado qualquer material que exista ou venha existir no futuro que possua a capacidade de absorver as solicitações das construções.

[023] É de se compreender assim que o dispositivo em questão é extremamente simples em sua construtividade, sendo, portanto, de fácil exequibilidade, porém, são obtidos excelentes resultados práticos e funcionais, oferecendo uma construtividade inovadora sobre os produtos conhecidos.

[024] Idealizado com desenho inovador, resulta em um conjunto harmônico, de aspecto bastante peculiar e, sobretudo característico, sendo que, além do aspecto construtivo, o produto destaca-se pela sua versatilidade e comodidade de utilização.

Breve descrição dos desenhos da invenção

[025] A seguir, para melhor entendimento e compreensão de como se constitui a "ESTACA DE EXPANSÃO RADIAL", que aqui se pleiteia, apresentam-se os desenhos ilustrativos anexos, onde se vê:

[026] A complementar a presente descrição de modo a obter uma melhor compreensão das características do presente invento e de acordo com uma preferencial realização prática do mesmo, acompanha a descrição, em anexo, um conjunto de desenhos, onde, de maneira exemplificada, embora não limitativa, se representou o seguinte:

[027] A FIG. 1 - Mostra uma vista em elevação do corpo principal tubular que integra a estaca de expansão radial.

[028] A FIG. 2 - Mostra uma vista em elevação da estaca de expansão radial com os elementos expansivos, porém sem o pino expansor.

[029] A FIG. 3 - Mostra uma vista em elevação da estaca de expansão radial com o pino expansor introduzido, onde se pode ver os elementos expansivos projetados para fora.

[030] A FIG. 4 - Mostra uma vista em corte do corpo principal tubular que integra a estaca de expansão radial, onde são apresentadas duas secções transversais, possíveis.

[031] A FIG. 5 - Mostra uma vista detalhada do elemento expansivo que integra a estaca de expansão radial.

[032] A FIG. 6 - Mostra duas vistas comparativas, onde se pode ver à esquerda a estaca convencional e à direita a estaca de expansão radial. As Estacas Convencionais (Brocas; Pré-moldadas de concreto; Strauss; Frank; Injetadas; Hélice-continua; Raiz, etc.), sempre serão acionadas a partir da área da base, como se pode ver na figura, deste modo é importante que se encontre um solo que possua resistência bastante para suportar toda a carga útil da construção. As Estacas de Expansão Radial oferecem suporte além da área da base, nas diversas pequenas áreas de cada escama que foi acionada com a introdução do pino expansor, deste modo a capacidade de suporte da estaca de expansão radial pode ser obtida muito antes de atingir um solo capas de suportar a carga útil da construção.

[033] A FIG. 7 - Mostra duas vistas comparativas de construção em solo normal, onde se pode ver à esquerda uma construção suportada por estacas de expansão radial e à direita uma construção suportada por estacas convencionais.

[034] A FIG. 8 - Mostra estacas de expansão radial aplicadas em um túnel.

Descrição detalhada da invenção

[035] De conformidade com o quanto ilustram as figuras acima relacionadas, a "ESTACA DE EXPANSÃO RADIAL", objeto da presente patente, caracteriza-se essencialmente por ser constituída a partir de um corpo principal tubular (2) dotado de uma pluralidade de aberturas retangulares (3) distribuídas aos pares, regularmente em série nos quatro quadrantes ao longo de sua estrutura. Os pares são formados pelas aberturas (3) diametralmente opostas.

[036] Em cada abertura retangular (3) há um elemento expansivo (4) de geometria retangular com perfil triangular, porém com os vértices arredondados, o qual é afixado pela sua porção superior, com liberdade de movimento angular, junto à porção superior da abertura retangular (3) por meio de um eixo horizontal (5). Os elementos expansivos (4) diametralmente opostos são posicionados dentro do corpo principal tubular (2), rente à sua parede e são unidos mutuamente por meio de cimento.

[037] O corpo principal tubular (2) comporta em seu interior um pino expansor (6) de comprimento e diâmetro compatível.

[038] Quando o pino expansor (6) é inserido no interior do corpo principal tubular (2) as regiões cimentadas que unem os pares de elementos expansivos (4) são fraturadas e esses se projetam para fora das aberturas retangulares (3). Dito pino expansor (6) só é inserido no tubo (2) quando este já estiver estaqueado no solo.

[039] Para um melhor entendimento do objeto do presente pedido de patente, segue abaixo a descrição de um modo preferencial do seu processo de aplicação.

[040] Estágio 1 - Estaquear o corpo principal tubular (2) com as escamas recolhidas para dentro do mesmo, as escamas ou elemento expansivo (4) aos pares serão instaladas no momento da fabricação do corpo principal tubular (2), sendo que em cada par as escamas são ligadas uma a outra por uma região cimentada que será facilmente quebrada pela ação do pino expansor (6) ao ser martelado para dentro do corpo principal tubular (2).

[041] Estágio 2 - Ao atingir a profundidade adequada à estaca de expansão radial (1) estará como se fosse uma estaca convencional, as escamas estarão todas recolhidas dentro do corpo principal tubular (2).

[042] Estágio 3 - O pino expansor (6) será martelado para o interior do corpo principal tubular (2) fazendo com que os elementos expansivos (4) sejam expandidos para fora do tubo formando vários suportes extras nas laterais do corpo principal tubular (2).

[043] Estágio 4 - Após a introdução completa do pino expansor (6), todos os elementos expansivos (4) estarão fora do corpo principal tubular (2) cumprindo o papel de suportes extras da estaca, neste momento poderá ser injetado nata de cimento entre o corpo principal tubular (2) e o pino expansor (6), esta nata de cimento tomará os vãos no interior do corpo principal tubular (2) entre os elementos expansivos (4), pino expansor (6) e o próprio corpo principal tubular (2), finalizando a estruturação da estaca de expansão radial (1).

[044] Seguem abaixo alguns exemplos de usos gerais e específicos para a estaca de expansão radial (1).

Uso como estaca normal de construção civil.

[045] Neste caso a estaca de expansão radial (1) poderá trazer alguns benefícios, como por exemplo, a redução da profundidade de ancoragem, reduzindo assim o custo da construção. Na construção em solo normal suportada por estacas de expansão radial (1), as profundidades das estacas podem estar muitos metros acima do solo capaz de sustentar a construção com estacas tradicionais (isto pode reduzir muito os custos da construção). A mesma construção em solo normal suportada por estacas tradicionais (Brocas; Pré-moldadas de concreto; Strauss; Frank; Injetadas; Hélice-continua; Raiz, etc.), as profundidades das estacas precisam atingir o solo sustentador, de outro modo pode se comprometer a estabilidade da construção.

Muros de arrimo e suportagem de taludes.

[046] A suportagem de muros de arrimos e taludes, sempre são tarefas difíceis de decidirem, ou seja, os engenheiros sempre têm decisões bastante difíceis quando se necessita suportar um talude ou um solo que necessite evitar desmoronamento.

[047] Ressalta-se que em geral o ponto de ancoragem fica dentro do terreno a ser suportado ou talude e pode gerar um trabalho enorme e complexo, em muitos casos há impedimentos de acesso dificultando ainda mais a ancoragem.

[048] Um dos métodos mais usuais neste tópico são os taludes atirantados (estruturas baseadas em tirantes de aço construção), porém o processo de aplicação é complexo e a capacidade de ancoragem é baixa, deste modo há necessidade de muitos tirantes para conter o talude.

[049] A aplicação da estaca de expansão radial (1) em contenção de taludes é simples e exige menos unidades de estacas para se garantir a mesma suportagem dos tirantes.

Construções em terrenos propensos a desmoronamentos.

[050] Em geral terrenos próximos de barrancos e/ou sujeitos a desmoronamentos exigem ancoragem a grandes profundidades, esta é uma situação propicia à instalação das estacas de expansão radial.

[051] Pois as estacas de expansão radial (1) fornecem ancoragem já a partir de um metro de profundidade, por exemplo, e também em caso de desmoronamento é a única estaca que suporta a construção até que se possa reestruturar o terreno desmoronado.

[052] Existe certamente uma infinidade de usos para as estacas de expansão radial (1) que ainda não foram previstas neste documento, no entanto pode-se afirmar que, sempre que os esforços da construção puderem ser distribuídos por várias profundidades ou em direções concorrentes (no sentido normal da construção ao solo em ambas as direções) as estacas de expansão radial (1) são as mais indicadas para se usar.

[053] Por exemplo: em quaisquer direções de posicionamentos em túneis ou similares as estacas de expansão radial (1) podem ser úteis.

[054] É certo que quando o presente invento for colocado em prática, poderão ser introduzidas modificações no que se refere a certos detalhes de construção e forma, sem que isso implique afastar-se dos princípios fundamentais que estão claramente substanciados no quadro reivindicatório, ficando assim entendido que a terminologia empregada teve a finalidade de descrição e não de limitação.

Claims (1)

1- "ESTACA DE EXPANSÃO RADIAL", objeto da presente patente é caracterizada por ser constituída a partir de um corpo principal tubular (2) dotado de uma pluralidade de aberturas retangulares (3) distribuídas aos pares, regularmente em série nos quatro quadrantes ao longo de sua estrutura, sendo que os pares são formados pelas aberturas (3) diametralmente opostas, e em cada abertura retangular (3) há um elemento expansivo (4) de geometria retangular com perfil triangular, porém com os vértices arredondados, o qual é afixado pela sua porção superior, com liberdade de movimento angular, junto à porção superior da abertura retangular (3) por meio de um eixo horizontal (5), sendo que os elementos expansivos (4) diametralmente opostos são posicionados dentro do corpo principal tubular (2), rente à sua parede e ainda são unidos mutuamente por meio de cimento, além disso, o corpo principal tubular (2) comporta em seu interior um pino expansor (6) de comprimento e diâmetro compatível, observando que quando o pino expansor (6) é inserido no interior do corpo principal tubular (2) as regiões cimentadas que unem os pares de elementos expansivos (4) são fraturadas e esses se projetam para fora das aberturas retangulares (3).