BR112012033713B1 - sistema de reforço para uma âncora para estai - Google Patents

Abstract

REFORÇO DE ÂNCORA PARA ESTAI Um sistema de reforço para uma âncora de sustentação (100) usado em uma torre de sustentação ou adicionalmente torre de sustentação inclui uma estrutura de concreto (210) formada em torno da âncora de sustentação (100). A estrutura de concreto (210) tem uma superfície superior (21 de) um pouco acima do nível da série. O sistema de reforço inclui ainda um eixo de fixação suplementar (220). O eixo de ancoragem suplementar (220) está ligado à cabeça de ancoragem existente (114) e estendende-se para dentro da estrutura de concreto (210), onde é retido e encerrado no seu interior. A estrutura de concreto (210) de preferência de preferência tem uma base (210a) e pelo menos uma parede (por exemplo, 210b, 210c), que se estende para baixo a partir da base e que tem uma superfície voltada para a torre para resistir às forças horizontais. O sistema de reforço é suficientemente forte para manter a ancoragem de sustentação (100) no lugar, mesmo se a haste de ancoragem orifinal (1 16) se corroer completamente. O eixo de ancoragem suplementar (220) geralmente não entra em contato com o solo. E, portanto, resiste à corrosão e é esperado para proporcionar uma vida últil longa.

Description

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção se refere em linhas gerais a técnicas de construção estaiada e, mais especificamente, a técnicas para a ancoragem e para o reforço da ancoragem de torres estaiadas e adicionalmente estaiadas.

FUNDAMENTOS DA TÉCNICA

Torres são amplamente usadas em muitas indústrias, incluindo em transmissão de televisão, comunicação por rádio, comunicação por telefone celular, turbinas eólicas, e transmissão elétrica, para citar algumas.

Algumas torres, conhecidas como "torres estaiadas" ou "torres adicionalmente estaiadas" dependem de estais para manter ou para auxiliar a manter as torres em uma orientação vertical. Em geral, estas torres incluem um corpo principal vertical, ou "mastro" que se ergue em uma extremidade sobre uma base que é geralmente de concreto. Os estais se fixam ao mastro ao longo do seu comprimento, estendendo-se para baixo, afastando-se do mastro, e se fixando de modo firme ao solo por meio de âncoras. A maioria das torres estaiadas tem uma seção transversal triangular, e é previsto tipicamente um minimo de tres âncoras para estaiamento que estão afastadas entre si de aproximadamente 120 graus, proporcionando uma base estável para conservar o mastro na vertical. Frequentemente, as torres estaiadas exigem tres, seis, ou mais âncoras para estaiamento com uma multiplicidade de estais que se originam de diferentes niveis verticais da torre, e são fixados a cada âncora para estai.

O termo "torres estaiadas" descreve torres cujos mastros não têm nenhum meio independente de sustentação. Elas dependem inteiramente de estais para serem mantidas na vertical. Por outro lado, o termo "torres adicionalmente estaiadas" descreve torres que estão essencialmente independentemente eretas, embora necessitem de estais para proporcionar reforço e estabilidade.

A Figura 1 mostra uma âncora para estai convencional 100 para uma torre erigida. Conforme mostrado neste exemplo, quatro estais 110 que se originam do mastro da torre se fixam a uma cabeça de âncora 114. Os estais 110 são geralmente constituídos por aço ou algum outro metal de grande resistência a tração. Uma haste 116 se estende da cabeça de âncora 114 para dentro do solo 124. Tipicamente a cabeça de âncora 114 e a haste 116 que são também em geral fabricados de aço, são previstos como formando uma única unidade, sendo a haste 116 permanentemente soldada à cabeça 114. A extremidade distai da haste 116 é tipicamente enterrada em uma massa de concreto reforçada com aço 118, também conhecida como "pilar de ancoragem". O peso do pilar de ancoragem 118 e a terra sobre ele mantêm a haste 116 firmemente em seu lugar, mesmo na presença de grandes forças na torre devidas ao vento e à precipitação.

O conjunto de âncora para estai tipico 100 pode também incluir tensores 112. Um tensor 112 é geralmente previsto para cada estai 110. O papel dos tensores 112 é de ajustar com precisão o retesamento de cada estai 110.

Para impedir danos devidos à descarga de relâmpagos, cada um dos estais 110 é eletricamente conectado por meio de um cabo condutor 12 0 a um grampo do solo 122. O grampo do solo 122 é tipicamente fabricado de cobre. O cabo 120 e o grampo de solo 122 formam um trajeto de baixa impedância ao solo. Este arranjo é projetado para conduzir picos altos de correntes afastando-os da haste 116, impedindo assim danos à haste que caso contrário poderia comprometer a estabilidade mecânica da torre.

Conforme é conhecido, as hastes 116 das ancoras de estai são tipicamente corroidas com o tempo. A corrosão da haste dos estais afeta a área da haste exposta ao solo, isto é, a sua parte subterrânea, mas que se encontra fora da região dotada de revestimento no pilar de ancoragem 118. A corrosão pode ser de natureza galvânica, com a haste do estai de aço formando uma célula de bateria, sendo o grampo de solo 122 fabricado de um cobre mais nobre. A corrosão pode também ser de natureza eletrolitica ou pode ser causada por outros fatores.

Com o decorrer de alguns anos, a corrosão pode levar a uma perda significativa do material da haste de âncora 116, que, sob o efeito das forças de tração transmitidas através dos estais pode resultar em uma separação da haste de âncora para estai do pilar de ancoragem e em um consequente colapso catastrófico da torre.

O custo da substituição de uma torre estaiada de radiotransmissão de 120 metros que tiver caido é estimado como sendo de aproximadamente $ 400.000. Além disso, a queda da torre representa um grande risco para a vida humana e as propriedades na vizinhança da torre.

Os proprietários e operadores de torres estaiadas desenvolveram medidas corretivas agressivas para impedir o colapso de âncoras para estais. Estas incluem as seguintes: 1. Inspeção das hastes de âncoras. Esta técnica abrange a escavação ao redor de uma haste de âncora existente para se determinar visualmente o estado da haste de âncora. Como a haste de âncora deve ser tipicamente inspecionada em sua totalidade, a escavação deve ser efetuada em toda a sua extensão até atingir o pilar de ancoragem 118. A remoção do solo acima do pilar de ancoragem enfraquece temporariamente a ancora de estai e devem ser tomadas medidas para manter a âncora dentro do solo à medida que se procede à inspeção. 2. Instalação de um novo bloco de concreta na frente da âncora corroida. Esta abordagem exige o reposicionamento de estais existentes da haste de âncora corroida para o novo. 3. Instalação de uma nova âncora atrás da âncora corroida. Como a distância ao mastro da torre é aumentada, esta abordagem geralmente exige a substituição de todos os estais, uma vez que eles serão demasiado curtos para serem novamente fixados à nova âncora para estai. O espaço adicional necessário para a torre modificada pode exigir que o proprietário da torre adquira mais terrenos ou instalações. 4. Instalação de uma nova âncora de atracação perfurada deslocada para um lado da âncora corroida. Esta abordagem exige o reposicionamento dos estais existentes da haste de âncora corroida em um novo local. Pode haver a necessidade de se fazer girar torres com bases imobilizadas para que elas se realinham com as novas âncoras. A rotação das torres pode às vezes representar riscos, e qualquer antena nas torres precisará geralmente ser realinhada. Além disso, algumas torres têm bases fixas e pode não ser fácil se fazer as mesmas girarem, sendo que neste caso o reposicionamento dos estais para novas cabeças de âncoras pode aplicar estresses adicionais sobre as torres, o que pode levar a outros problemas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

As medidas corretivas identificadas acima para impedir o colapso de âncora para estais são dispendiosas e demoradas. Reconhecemos que elas são também soluções somente temporárias para o problema da corrosão. Com o tempo, a corrosão das hastes de âncora se agravará ou voltará e serão tipicamente necessárias medidas corretivas adicionais.

O que é necessário, portanto, é uma medida para se prevenir ou deter o colapso de âncora para estais que seja menos dispendiosa e demorada do que as medidas que estão sendo atualmente empregadas e que proporcione uma solução de maior duração.

De acordo com uma modalidade, é divulgado um sistema de reforço para uma âncora para estai de uma torre estaiada ou adicionalmente estaiada. A âncora para estai inclui uma cabeça de âncora e uma haste de âncora que se estende da cabeça de âncora para dentro do solo. O sistema de reforço inclui uma estrutura sólida ao redor de uma porção da haste de âncora, uma haste de âncora suplementar fixada à cabeça de âncora e que se estende para dentro da estrutura sólida, e uma estrutura de retenção ligada à haste de âncora suplementar no interior da estrutura sólida ou fazendo parte integrante da haste de âncora suplementar.

A estrutura sólida tem uma superfície superior disposta acima do nível do solo. Ela tem uma porção de parede dianteira que é voltada para a torre e se estende abaixo da superfície superior para dentro do solo e uma porção de parede traseira que se estende abaixo da superfície superior para dentro do solo. A estrutura sólida inclui ainda uma porção média entre a porção de parede dianteira e a porção de parede traseira e que se estende para dentro do solo. A porção de parede dianteira e a porção de parede traseira se estendem a uma profundidade maior para dentro do solo do que a porção média.

De acordo com uma outra modalidade, é divulgado um sistema de reforço para uma âncora para estai que sustenta uma estrutura. A âncora para estai tem uma cabeça de âncora e uma haste de âncora que se estende da cabeça de âncora para dentro do solo. 0 sistema de reforço inclui uma estrutura sólida disposta ao redor da haste de âncora. A estrutura sólida tem uma base e pelo menos uma parede que se estende para baixo a partir da base tendo uma superfície que está voltada à estrutura que está sendo sustentada. O sistema de reforço inclui ainda uma haste de âncora suplementar, ligada à cabeça de âncora e que se estende para dentro da estrutura sólida, e uma estrutura de retenção, ligada à haste de âncora suplementar ou fazendo parte integrante da haste e engastada dentro da estrutura sólida.

De acordo com uma outra modalidade, uma torre inclui um mastro e uma multiplicidade de estais. As âncoras para estais estão posicionadas em locais ao redor do mastro. Cada âncora para estai tem uma cabeça de âncora e uma haste de âncora que se estende da cabeça de âncora para dentro do solo. A torre inclui ainda uma multiplicidade de estais fixados entre o mastro e a multiplicidade de âncoras para estais. Pelo menos uma da multiplicidade de âncoras para estais é reforçada com um reforço que inclui uma estrutura sólida disposta ao redor da haste de âncora respectiva. A estrutura sólida tem uma base e pelo menos uma parede que se estende para baixo a partir da base tendo uma superfície que está voltada para o mastro. O reforço inclui ainda uma haste de âncora suplementar ligada à cabeça de âncora e que se estende para dentro da estrutura sólida, e uma estrutura de retenção ligada à haste de âncora suplementar ou fazendo parte integrante da haste de âncora suplementar e engastada no interior da estrutura sólida.

De acordo com uma outra modalidade, é apresentado um método de reforço de uma âncora para estai. A âncora para estai tem uma cabeça de âncora e uma haste de âncora que se estende da cabeça de âncora para dentro do solo. O método inclui: escavar-se uma região ao redor da âncora para estai para formar uma região escavada, fixar-se uma haste de âncora suplementar à cabeça de âncora com a haste de âncora suplementar se estendendo para dentro da região escavada, introduzir-se um material curável para dentro da região escavada, e fazer-se o material curável curar ou permitir-se que ele cure para formar uma estrutura sólida.

De acordo com uma outra modalidade, um sistema para a ancoragem de estais para sustentar uma estrutura inclui uma cabeça de âncora para fixar a um ou mais estais, uma haste de âncora que se estende da cabeça de âncora, uma estrutura de retenção ligada a uma haste de âncora em uma extremidade distai da haste de âncora ou fazendo parte integrante da haste de âncora, e uma estrutura sólida. A estrutura sólida engasta a estrutura de retenção. A estrutura sólida tm uma base e pelo menos uma parede que se estende para baixo a partir da base. Cada parede tem uma superfície em contato com o solo e que é voltada à estrutura que está sendo sustentada.

DESCRIÇÃO SUCINTA DOS DESENHOS

A Figura 1 é uma vista em elevação de um estai convencional para sustentar uma torre de acordo com a técnica anterior; a Figura 2 é uma vista em perspectiva de uma âncora para estai reforçada de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção; a Figura 3 é uma vista em elevação de porções do sistema de reforço da âncora para estai da figura 2; a Figura 4 é uma vista em perspectiva de porções do sistema de reforço de âncora para estai das Figuras 2-3; a Figura 5 é uma vista, observando-se ao longo do eixo, da haste da âncora para estai mostrando porções do sistema de reforço de âncora para estai das Figuras 2-4; a Figura 6 é uma vista em planta do sistema de reforço de âncora para estai das Figuras 2-5; a Figura 7 é uma vista em elevação do sistema de reforço de âncora para estai da Figura 6; a Figura 8 é uma vista em elevação do sistema de reforço de âncora para estai da Figura 6; a Figura 8 é uma vista em elevação do sistema de reforço das Figuras 2-7 mostrando as diferentes forças atuando sobre ele; a Figura 9 é um diagrama simplificado das forças mostradas na Figura 8; a Figura 10 é uma vista em perspectiva de uma segunda modalidade ilustrativa da invenção; a Figura 11 é uma vista em perspectiva de uma terceira modalidade ilustrativa da invenção; a Figura 12 é uma vista em perspectiva de uma quarta modalidade ilustrativa da invenção; a Figura 13 é um fluxograma mostrando um processo para o reforço de uma âncora para estai de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção; e a Figura 14 é um fluxograma mostrando um processo para se projetar uma estrutura sólida para reforçar uma âncora para estai de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção.

O MELHOR MODO PARA A IMPLEMENTAÇÃO DA INVENÇÃO

Conforme usado em todo este documento, as palavras tais como "compreendendo", "incluindo" e "tendo" são destinadas a apresentar determinados itens, etapas elementos ou aspectos de alguma coisa como tendo uma extremidade aberta. Embora sejam descritas no presente documento determinadas modalidades, deve ficar subentendido que estas são dadas a titulo de exemplo somente e que a invenção não é limitada a estas modalidades especificas.

As técnicas para o reforço de âncoras para estais descritas no presente documento protegem contra o colapso das hastes de âncora por corrosão por meio de um suporte redundante na forma de uma haste de âncora suplementar engastado em uma estrutura sólida. A haste de âncora suplementar não entra geralmente em contato com solo e não é assim exposto aos mesmos fatores corrosivos ambientais que afetam a haste de âncora original. É preferível que a haste de âncora suplementar e a estrutura sólida sejam suficientemente fortes para substituir completamente a haste de âncora original e o pilar de ancoragem como a fonte de fixação do estai. É possivel, portanto, que a haste de âncora original seja corroida e se desintegre completamente e o estai permaneça intacto. Como a âncora suplementar é retida dentro da estrutura sólida e não entra geralmente em contato direto e prolongado com o solo, ela é relativamente resistente a corrosão e é de se esperar que proporcione uma longa vida útil em comparação com as hastes de âncora convencionais.

A Figura 2 mostra um sistema de reforço conforme é aplicado a uma âncora para estai existente de acordo com uma modalidade ilustrativa da invenção. A âncora para estai é do tipo geral conforme mostrado na Figura 1. Ela inclui uma cabeça de âncora 114 e uma haste de âncora 116. A haste de âncora 116 se estende da cabeça de âncora 114 para dentro do solo e para dentro de um pilar de ancoragem 118 enterrado. A âncora para estai é reforçada com uma haste de âncora suplementar 220 e por uma estrutura sólida 210, que consiste, de preferência, em concreto armado. A haste de âncora suplementar 220 é fixada à cabeça de âncora 114, estende-se em paralelo com a haste de âncora 116 original e é retida no interior da estrutura sólida 210 com uma estrutura de retenção.

A estrutura sólida 210 conforme mostrada tem o formato de um "U" invertido. Ela inclui uma base 210a que tem geralmente o formato de um prisma retangular e um par de paredes ou porções de parede 210b e 210c que se estendem para baixo a partir da base. A estrutura sólida 210 tem uma superfície superior 210f, uma superfície de parede dianteira 210g e uma superfície de parede traseira 210h. Convenciona-se que a "parte dianteira" da estrutura sólida 210 é a voltada na direção da torre. Tanto a superfície de parede dianteira 210g como a superfície de parede traseira 210h estão voltadas na direção da torre.

A Figura 3 mostra uma vista ampliada do sistema de reforço. Porções da estrutura sólida 210 são transparentes nesta vista para permitir que partes internas sejam visualizadas. Pode ser observado que a haste de âncora suplementar 220 inclui dois elementos alongados, um elemento alongado superior 310 e um elemento alongado inferior 312. A estrutura de retenção é mostrada como incluindo estruturas distais 314 e 316. É preferível que os elementos alongados 310 e 312 e as estruturas distais 314 e 315 sejam barras angulares metálicas galvanizadas. Os elementos alongados 310 e 312 são, de preferência, ligados por cavilhas à cabeça de âncora 114, embora elas possam ser fixadas por outros meios, tais como poro solda. De modo análogo, as barras angulares que formam estruturas distais 314 e 316 são, de preferência, ligadas por cavilhas aos elementos alongados 310 e 312, embora elas também possam ser fixadas usando-se outros meios.

O elemento alongado superior 310 é, de preferência, mais longo do que o elemento alongado inferior 312. A diferença em comprimento permite que a base num da estrutura sólida seja relativamente rasa sem expor os elementos alongados 310/312 ou as estruturas distais 314 e 316 ao solo.

Pode ser observado que a superfície superior 210f da estrutura sólida 210 está localizada ligeiramente acima do nivel do solo 320, de preferência de aproximadamente 5-8 cm (2-3 polegadas). Com a superfície superior 210f acima do nivel do solo, nem os elementos alongados 310/312 nem as estruturas distais 314/316 estão expostas ao solo. Assim, elas se tornam relativamente resistentes ao grau de corrosão que afeta hastes de âncora enterradas no solo. É preferível que a superfície superior 210f seja formada com um ligeiro ângulo, com a inclinação voltada para a torre, para permitir a drenagem e que assim impeça a água de se empoçar ao redor da âncora para estai.

A Figura 4 mostra uma vista em perspectiva do sistema de reforço com a estrutura sólida 210 omitida. A Figura 5 mostra a âncora para estai observando-se ao longo do eixo da haste de âncora 115. A partir destas figuras, pode ser observado que as barras angulares que formam as estruturas distais 314 e 316 são elas mesmas alongadas e que elas se estendem perpendicularmente aos elementos alongados 310/312. É preferível que as barras angulares que formam as estruturas distais tenham superficies planas voltadas para cima, paralelas ao eixo da haste de âncora 116, e que sejam assim adequadas para resistir à extração da âncora para estai da estrutura sólida 210 na presença de forças de tração elevadas.

As Figuras 6 e 7 mostram respectivamente vistas em planta e em elevação da âncora para estai e do sistema de reforço. Pode ser observado que a estrutura sólida 210 é reforçada com um material de reforço tal como vergalhões. O reforço do concreto o protege contra rachadura sob tensão. A tensão tende a ser maior perto da superfície superior 210f da estrutura 210 na proximidade da haste de âncora suplementar 220 e nos cantos em que as porções de parede 210b e 210c se estendem para baixo. Portanto o reforço é especialmente necessário nestas áreas. Embora a quantidade e as dimensões de vergalhões possam variar com base nas exigências do local, tipicamente nove segmentos de vergalhões #8 510 estão uniformemente espaçados ao longo da largura da estrutura sólida 210 na proximidade da parte superior da base 210a, e onze segmentos de vergalhões #8 são uniformemente espaçados ao longo da profundidade. O mesmo padrão de vergalhões é repetido na proximidade do fundo da base. As paredes 210b e 210c são também, de preferência, reforçadas com vergalhões #8 712, que são tipicamente previstas em onze diferentes niveis para cada parede. É preferível que os vergalhões previstos no interior das paredes façam interseção com os vergalhões no interior da base 210a, para aumentar a sustentação. Embora sejam mostrados e descritos determinados detalhes de um arranjo de vergalhões, a configuração da armadura dos vergalhões real usada em qualquer instalação é uma questão de escolha de projeto e pode se fazer variar a mesma de modos conhecidos dos versados na técnica.

Pode-se fazer variar o tamanho da estrutura sólida 210 com base nas exigências locais, sendo estruturas sólidas maiores usadas para sustentar torres maiores ou quando estivessem presentes forças de tração maiores. O exemplo mostrado é tipico para uma âncora para estai colocada a 38 m (125 pés) de um mastro de torre que tem 114 m (375 pés) de altura, em que no pior caso se esperam forças que de aproximadamente 89 kN (20 Kips) lateralmente e 89 kN (20 Kips) de sobreelevação e são providas amplas margens de segurança. Levando-se em conta este exemplo e as informações gerais dadas no presente documento, os versados na técnica poderão facilmente produzir uma infinidade de outros exemplos de diferentes tamanhos, formatos e proporções, para se ajustarem às exigências locais.

No exemplo apresentado, a estrutura sólida 210 tem aproximadamente 2,4 m (8 pés) de comprimento e 3,0 m (10 pés) de largura. A profundidade da base 210a é de aproximadamente 46 cm (1,5 pé) sendo as paredes 210b e 210c aproximadamente 61 cm (2 pés) mais profundas do que a base. Em geral, e embora isto não seja exigido, as paredes 210b e 210c na maioria dos casos se estendem, de preferência, para dentro do solo a uma profundidade de pelo menos duas vezes maior do que a base 210a da estrutura sólida.

No exemplo apresentado, as dimensões em seção transversal das barras angulares usadas para os elementos alongados 310 e 312 e as estruturas distais 314 e 316 são tipicamente de 5 cm x 5 cm x 1 cm (2" x 2" x 3/8") . As barras angulares que formam as estruturas distais 314 e 316 têm tipicamente aproximadamente 1 m de comprimento (3 pés). Todas as barras angulares consistem, de preferência, em aço de categoria A36 ou superior, e tem uma resistência de rendimento de elo menos 345 MPa 950 Ksi) . As porcas e as cavilhas são tipicamente A35 de 1,6 cm (5/8 polegadas).

As barras angulares usadas para formar os elementos alongados 310 e 312 são, de preferência, enviadas aos locais da instalação em comprimentos de aproximadamente 107 cm a 122 cm (3,5 a 4 pés) . Elas são de preferência cortadas no tamanho, perfuradas e montadas com cavilhas na cabeça de âncora no local. A cabeça de âncora 114 propriamente dita é, de preferência, perfurada no sitio para permitir a fixação dos elementos alongados 310 e 312. Quaisquer bordas cortadas no campo ou furos produzidos no campo são de preferência galvanizados com duas camadas de composto de galvanização com grande teor de zinco.

O concreto usado para formar a estrutura sólida 210 tem, de preferência, uma força compressiva máxima de pelo menos 18 kPa (2500 psi) aos 28 dias. Toda a construção e materiais do concreto armado são, de preferência, de acordo com o padrão 318 de ACI. A cobertura minima de concreto sobre os vergalhões é, de preferência, de 7,6 cm (3 polegadas). Todos os vergalhões são de preferência de categoria 60, e todo o material de reforço é, de preferência, de acordo com A 615-85 de ASTM.

As Figuras 8 e 9 mostram as forças que atuam sobre a âncora para estai e a estrutura sólida 210. Uma primeira força 820 representa a força resultante de todos os estais ligados à cabeça de âncora 114. Uma segunda força 822 representa o peso da estrutura sólida 210. A força 822 é direcionada diretamente para baixo e passa através do centro de massa da estrutura sólida 210. Uma terceira força 824 representa uma força lateral produzida quando o solo é comprimido contra as paredes da estrutura sólida 210. Esta força é dirigida horizontalmente e oposta à direção da torre. A terceira força 824 é a resultante das forças que atuam sobre todas as superficies da estrutura sólida 210 e inclui especialmente forças 824a e 824b atuando sobre as superficies 210g e 210h respectivamente. O nivel vertical no qual as forças 824a e 824b atuam depende da composição do solo. Com um solo mais solto, tal como areia, as forças atuarão a um nivel vertical mais baixo, ao passo que com um solo compacto, tal como argila, elas atuarão a um nivel vertical mais elevado. Na medida em que a força 822 proveniente do peso da estrutura sólida 210 exceder o componente vertical da força 820 proveniente dos estais (com uma margem de segurança adequada), a estrutura sólida 210 permanecerá no solo sob carga.

O ideal é que as tres forças 820, 822 e 824 todas fazem interseção em um ponto único 826. Este projeto equilibrado garante que a estrutura sólida 210 não girará sob carga, isto é, que nem a sua parede dianteira 210b nem a sua parede traseira 210c se levantarão do solo e a estrutura permanecerá estável. A interseção precisa das tres forças é preferida; no entanto é necessária uma interseção aproximada para uma operação adequada, sendo pequenos desvios geralmente bem tolerados. No caso, em casos em que as tres forças não fazem interseção substancialmente, uma análise rigorosa deve ser conduzida para garantir que a estrutura sólida 210 permanecerá estável sob carga.

Geralmente a estrutura sólida 210 é colocada em relação ao estais de um modo tal que uma quantidade maior da massa da estrutura sólida se encontra atrás do estai do que na sua frente. Esta configuração naturalmente decorre da condição preferida de que as 3 forças principais fazem interseção. Além disso, diferentes condições do solo tipicamente envolvem disposições diferentes da estrutura sólida 210 em relação à âncora para estai. A disposição da estrutura sólida 210 em solo arenoso, por exemplo, tende a fazer com que a força lateral 824 atue a um nivel vertical mais baixo do que habitualmente atuaria em solo mais compacto. Para se ter a garantia de que as tres forças 820, 822 e 824 fazem interseção no mesmo ponto quando a estrutura sólida está colocada em solo arenoso, a estrutura sólida 210 deveria ser disposta tipicamente a uma distância maior para trás em relação à cabeça de âncora 114. Se não se proceder assim, será introduzido um momento que tenderá a levantar a parte de trás da estrutura sólida 210. Por outro lado, em um solo muito compacto, a força lateral 824 geralmente atuará a um nivel vertical mais alto, e geralmente é necessário o posicionamento da estrutura sólida 210 a uma distância maior para frente em relação à âncora para estai, para se evitar um momento que teria a tendência de levantar a frente da estrutura sólida 210.

Pode se fazer variar o formato da estrutura sólida 210 para se ajustar melhor às diversas exigências locais. A Figura 10 mostra, por exemplo, uma estrutura sólida 1010 tendo uma base estreitada 1010a. Em vez de um formato retangular, a base 1010a tem um formato que se assemelha a um "H" maiúsculo. Pode-se fazer variar a medida da qual a base 1010a tem o tamanho reduzido com base no peso desejado da estrutura sólida 1010. A estrutura sólida 1010 pode ser bem ajustada às aplicações em que as forças de elevação provenientes dos estais são relativamente pequenas em relação às forças horizontais em que as resistências do solo laterais são relativamente pequenas, em que as profundidades de congelamento são relativamente grandes ou em solos gordos argilosos. Em qualquer uma destas condições, o peso da estrutura sólida pode ser geralmente reduzido com segurança. A redução da quantidade de concreto faz reduzir os materiais e custos.

A Figura 11 mostra uma outra variante. Neste caso, uma estrutura sólida 1110 é análoga à da estrutura sólida 210, exceto que ela inclui uma terceira parede ou porção de parede ou parede ou porção de parede média 1110d. A terceira parede 1110d é posicionada entre as duas outras paredes e tem uma superfície 1110i que está voltada para a torre. A superfície 1110i está em contato com solo e a força do solo fazendo pressão contra a superfície 1110i contribui para a força lateral 824. A estrutura sólida 1110 é especialmente bem adequada para locais que têm um solo solto e/ou arenoso ou onde é necessária uma resistência lateral adicional para estabilidade. A terceira parede 1110 também acrescenta peso à estrutura sólida 1110, e pode ainda ser útil, portanto, em casos em que a estrutura sólida deve ser tanto pesada como tendo uma pegada relativamente pequena. Paredes adicionais, tal como a parede 1110d, podem ser previstas nos locais onde é desejada uma estabilidade e/ou peso ainda maior.

A Figura 12 mostra uma outra variante que combina as características das duas variantes precedentes. Neste caso, uma estrutura sólida 1210 tem tanto uma base reduzida 1210a como uma terceira parede ou porção de parede 1210d. Novamente, ode-se fazer variar a redução na base 1212za com base no peso desejado da estrutura sólida,, e tal redução e geralmente adequada nas mesmas condições e para proporcionar os mesmos benefícios que a redução da base 1010a da Figura 10. De modo análogo, tais paredes ou porções de paredes adicionais são geralmente adequadas nas mesmas condições da estrutura sólida 1110 da Figura 1 e geralmente proporcionam os mesmos benefícios.

A Figura 13 mostra um exemplo de um processo para o reforço de uma âncora para estai. O processo geralmente começa com um projeto de uma estrutura sólida, tal como qualquer uma das estruturas sólidas 210/1010/1110/1210 (Etapa 1310). A etapa de projeto inclui a determinação do tamanho e formato desejado da estrutura sólida, o número de paredes, e a disposição da estrutura sólida em relação à âncora para estai. Na Etapa 1312, é escavada uma região ao redor da âncora para estai. A região escavada tem um tamanho e um formato que correspondem substancialmente aos da estrutura sólida projetada (ou melhor, aquela porção sua que será colocada abaixo do nível do solo) , no local projetado da estrutura sólida em relação à âncora para estai. Na Etapa 1314, a haste de âncora existente é limpa para remover qualquer solo ou detritos. Na Etapa 1316 é construída a haste de âncora suplementar 220. Esta etapa geralmente inclui a perfuração da cabeça de âncora 114, o corte e a perfuração dos elementos alongados 310 e 312, a aplicação do composto de galvanização nas bordas cortadas e nos furos praticados, a ligação com cavilhas dos elementos alongados à cabeça de âncora, e a ligação por cavilhas da estrutura de retenção (tal como as estruturas distais 314 e 316) aos elementos alongados. Na Etapa 1318, é construída no interior da região escavada uma estrutura de reforço (de vergalhões) para a estrutura sólida. Todos os vergalhões são de preferência amarrados com arame de modo seguro para impedir o seu deslocamento enquanto se estiver vertendo o concreto. Na Etapa 1320, quaisquer formas desejadas de concreto são colocadas em seu lugar. Estas podem ser necessárias especialmente para formar porções da estrutura sólida que se estendem acima do nivel do solo. O concreto é vertido na Etapa 1322 e deixa-se que o concreto cure. Na Etapa 1324, quaisquer formas para concreto que tenham sido colocadas podem ser removidas. Quaisquer vãos ao redor da estrutura sólida deixados pelas formas para concreto são, de preferência, preenchidos com solo bem compactado. O preenchimento é colocado de modo tal, que impeça o acúmulo de água ao redor da estrutura sólida. A ordem das etapas não precisa ser precisamente conforme mostrado na Figura 13. As Etapas 1314-1320, por exemplo, podem ser conduzidas em qualquer ordem desejada.

A Figura 14 mostra um exemplo detalhado de um processo para a projeção da estrutura sólida (veja a Etapa 1310 da Figura 13). Na Etapa 1410 as condições do solo para o local da instalação são determinadas ou estimadas. As condições do solo que são considerados incluem o tipo de solo (rochoso, argiloso ou arenoso, por exemplo) e a coesão do solo. Na Etapa 1412, são selecionados a geometria e o número de paredes da estrutura sólida, incluindo a extensão até a qual quaisquer porções de base da estrutura sólida são removidas (conforme as Figuras 10 e 13). Estas seleções são, de preferência, baseadas em uma avaliação inicial das condições do solo, as forças de tração esperadas dos estais (incluindo tanto a sua magnitude como a direção) e margens de segurança adequadas conforme recomendadas pelas melhores práticas industriais. É preferível que as computações sejam então conduzidas para se verificar o projeto. Na Etapa 1414, a profundidade vertical e a magnitude das forças que incidem sobre as paredes são calculadas para se determinar a força lateral 824 (veja as Figuras 8 e 9). Na Etapa 1416, o centro de massa e o peso da estrutura sólida são calculados para se determinar a força vertical 822. Na etapa 1418, as forças de tração resultantes dos estais são calculadas para fornecer a força resultante 820. Uma interseção substancial destas tres forças (820, 822 e 824) é testada na Etapa 1420. A compatibilidade da resistência do solo com o movimento lateral da estrutura sólida é testada na Etapa 1422, e a observação de todos os fatores de segurança é testada na Etapa 1424. Na Etapa 1428 é determinado se qualquer um dos testes 1420, 1422 ou 1424 falhou. Se tal for o caso, o projeto é repetido até ser selecionado um que satisfaça todas as exigências. Deve ficar subentendido que as Etapas 1414-1418 e as Etapas 1420-1424 não precisam ser conduzidas em qualquer ordem especifica.

O sistema de reforço conforme descrito no presente documento proporciona uma solução mais segura menos dispendiosa e mais permanente para a corrosão de âncoras para estais do que a solução convencional de se substituir completamente a âncora para estai corroida. Como a estrutura sólida é instalada na proximidade da superfície, ficam eliminadas escavações em grande escala e a necessidade de equipes de torre extremamente especializadas e caras. Na verdade, o reforço de âncora para estai conforme apresentado no presente documento pode ser geralmente executado por uma equipe de concreto relativamente barata.

O sistema de reforço conforme descrito no presente documento elimina a necessidade de se reposicionar os estais existentes em novas cabeças de âncora, uma vez que é usada a cabeça de âncora existente. Os problemas com rotação de torre e reposicionamento de antenas são, portanto, evitados.

O sistema de reforço praticamente elimina escavações completas caras e às vezes arriscadas de hastes de âncora existentes e que são convencionalmente usadas para a inspeção de âncoras para estais para determinar a extensão de corrosão. É frequentemente menos dispendioso simplesmente se instalar o sistema de reforço divulgado no presente documento do que efetuar a escavação necessária para se inspecionar a corrosão.

O sistema de reforço conforme descrito no presente documento é uma solução potencialmente isenta de manutenção. Como o novo aço usado para prender a cabeça de âncora existente ou se encontra acima do nivel do solo ou está engastado em concreto, o local de torre dotado com esta solução pode nunca sofrer uma corrosão da haste de âncora dentro do seu tempo de vida útil previsto.

Tendo sido descritas determinadas modalidades, podem ser produzidas numerosas modalidades alternativas ou variações. Conforme foi mostrado e descrito, a estrutura sólida 210/1010/1110/1210 é, por exemplo, simétrica. No entanto, este é somente um exemplo. Alternativamente, ela pode ser assimétrica. A parede dianteira, por exemplo, pode ser maior (mais grossa, profunda ou larga, por exemplo) do que a parede traseira ou vice-versa. Na verdade, pode ser benéfico se fazer uma parede maior do que a outra para deslocar o centro de massa da estrutura sólida para frente ou para trás. Permitindo-se uma assimetria, portanto, proporciona um grau adicional de liberdade para o alinhamento das 3 forças principais que incidem sobre a estrutura sólida.

Conforme foi mostrado e descrito, as paredes da estrutura sólida são planas. No entanto, este é somente um exemplo. Alternativamente elas podem ter um formato côncavo ou outro formato qualquer.

A estrutura sólida é mostrada e descrita como constituindo um único bloco. No entanto, isto não é estritamente necessário. Alternativamente, uma multiplicidade de segmentos menores pode ser feita e eles podem ser fixados e/ou intertravados entre si. A base da estrutura sólida pode ser feita separadamente das paredes.

É preferível que a estrutura sólida seja fabricada de concreto armado e acredita-se que o concreto armado proporcione os melhores resultados. No entanto, isto não é estritamente necessário. Outros materiais curáveis, incluindo diversos polímeros e cimento, podem ser usados, dependendo das exigências do projeto e do desempenho destes materiais.

Conforme foi mostrado e descrito, o sistema de reforço é usado como uma medida corretiva para dar sustentação a uma âncora para estai existente no caso em que há uma preocupação de que a haste de âncora pode falhar. NO entanto, ele pode também ser usado para instalações de ancoragem primárias. A haste de âncora habitual e o pilar de ancoragem podem ser omitidos e a âncora para estai pode ser mantida em seu lugar com a âncora para estai primária e a estrutura sólida. Com este arranjo é usada uma haste de âncora relativamente curta. A estrutura de retenção é fixada à extremidade distai da haste de âncora e é engastada dentro da estrutura sólida. Esta técnica proporciona uma proteção contra a corrosão da haste de âncora e não exige uma escavação profunda que é normalmente necessária quando se instalam pilares de ancoragem.

Uma variedade de arranjos de ancoragem pode ser usada para a haste de âncora suplementar 220. Diferentes números de peças transversais, por exemplo, podem ser previstos para as estruturas distais 314 e 316. Os elementos alongados e estruturas distais podem ser formados juntos em forma de unidades integrais, sendo então cortadas no comprimento desejado no local. Embora barras angulares sejam preferidas para os elementos alongados 310/312 e para estruturas distais 314 e 316, poderia ser usado qualquer formato disponível. Em torres de dimensões muito grandes, por exemplo, estas estruturas podem ser produzidas de canais, placas planas, barras, ou cabos de aço. Além disso, pode se fazer variar o número de elementos alongados 310/312 ou o número de estruturas distais 314/316.

Embora as técnicas de reforço de âncora para estai descritas no presente documento sejam mostradas e descritas para serem usadas com torres, deve ficar subentendido que elas podem ser também usadas com outros tipos de estruturas que são sustentados com estais.

Os versados na técnica observarão, portanto, que diversas alterações na forma e em detalhes podem ser introduzidas nas modalidades descritas sem que haja desvio do âmbito da invenção.

Claims (16)

1. Sistema de reforço para uma âncora para estai (100) de uma torre estaiada ou adicionalmente estaiada, tendo a âncora para estai (100) uma cabeça de âncora (114) e uma haste de âncora (116) que se estende da cabeça de âncora (114) para dentro do solo, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma estrutura sólida (210) ao redor de uma porção da haste de âncora (116); uma haste de âncora suplementar (220) fixada à cabeça de âncora (114) e se estendendo para dentro da estrutura sólida (210); e uma estrutura de retenção ligada à haste de âncora suplementar (220) dentro da estrutura sólida (210) ou fazendo parte integrante da haste, incluindo a estrutura sólida (210): uma superfície superior (210f) disposta acima do nível do solo, uma porção de parede dianteira (210b) voltada para a torre e se estendendo abaixo da superfície superior (210f) para dentro do solo, uma porção de parede traseira (210c) que se estende abaixo da superfície superior (210f) para dentro do solo, e uma porção média entre a porção de parede dianteira (210b) e a porção de parede traseira (210c) e se estendendo para dentro do solo, estendendo-se a porção de parede dianteira (210b) e a porção de parede traseira (210c) a uma profundidade maior para dentro do solo do que a porção média; em que a estrutura sólida está posicionada em relação à âncora para estai (100) de modo tal, que uma quantidade maior da massa da estrutura sólida (210) se estenda atrás da cabeça de âncora (114) do que a que se estende na frente da cabeça de âncora (114).

2. Sistema de reforço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de parede dianteira (210b) e a porção de parede traseira (210c) se estendem para dentro do solo a uma profundidade pelo menos duas vezes maior do que a porção média.

3. Sistema de reforço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que cada uma da porção de parede dianteira (210b) e da porção de parede traseira (210c) tem uma superfície em contato com o solo que é voltado para a torre.

4. Sistema de reforço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura sólida (210) compreende ainda uma porção de parede média (1110d) disposta entre a porção de parede dianteira (210b) e a porção de parede traseira (210c), estendendo-se a porção de parede média (1110d) a uma profundidade maior para dentro do solo do que a porção média.

5. Sistema de reforço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura sólida (210) compreende ainda uma primeira porção de parede média e uma segunda porção de parede média dispostas entre a porção de parede dianteira (210b) e porção de parede traseira (210c), estendendo-se cada uma das duas porções a primeira porção de parede média e a segunda porção de parede média a uma profundidade maior para dentro do solo do que a porção média.

6. Sistema de reforço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura sólida (210) compreende um material curável.

7. Sistema de reforço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura sólida (210) compreende concreto armado.

8. Sistema de reforço, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERI ZADO pelo fato de que a âncora suplementar (220) inclui primeiro e segundo elemento alongados (310, 312) sendo cada um deles fixado à cabeça de âncora (114) e se estendendo para dentro da estrutura sólida (210) em paralelo com a haste de âncora (116).

9. Sistema de reforço, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura de retenção compreende uma estrutura distal (314, 316) ligada a cada elemento alongado ou fazendo parte integrante dele para reter de modo firme o elemento alongado no interior da estrutura sólida (210).

10. Sistema de reforço, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que cada elemento alongado (310, 312) compreende uma barra angular metálica, e cada estrutura distal (314, 316) compreende uma barra angular metálica fixada ao elemento alongado (310, 312) respectivo e orientada perpendicularmente a ele.

11. Sistema de reforço para uma âncora para estai (100) que sustenta uma estrutura, tendo a âncora para estai (100) uma cabeça de âncora (114) e uma haste de âncora (116) que se estende da cabeça de âncora (114) para dentro do solo, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: uma estrutura sólida (210) disposta ao redor da haste de âncora (116), tendo a estrutura sólida (210) uma base (210a) e pelo menos uma parede que se estende para baixo a partir da base tendo uma superfície que está voltada para a estrutura que está sendo sustentada; uma haste de âncora suplementar (220), ligada à cabeça de âncora (114), e se estendendo para dentro da estrutura sólida (210); e uma estrutura de retenção, ligada à haste de âncora suplementar (220) ou fazendo parte integrante dela e engastada dentro da estrutura sólida (210); em que a estrutura sólida está posicionada em relação à âncora para estai (100) de modo tal, que uma quantidade maior da massa da estrutura sólida (210) se estenda atrás da cabeça de âncora (114) do que a que se estende na frente da cabeça de âncora (114).

12. Sistema de reforço, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura sólida (210) compreende um material curável.

13. Sistema de reforço, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a estrutura sólida (210) compreende concreto armado.

14. Sistema de reforço, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERI ZADO pelo fato de que a base (210a) da estrutura sólida (210) tem uma superfície superior (210f) disposta acima do nível do solo.

15. Sistema de reforço, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a pelo menos uma parede da estrutura sólida (210) compreende duas paredes (210b, 210c) dispostas em extremidades opostas da estrutura sólida (210).

16. Sistema de reforço, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a pelo menos uma parede da estrutura sólida (210) compreende duas paredes (210b, 210c) dispostas em extremidades opostas da estrutura sólida (210) e uma parede média posicionada entre as duas 5 paredes.

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