BR112019005958B1 - Elemento de reforço para aumentar a resistência de materiais pastosos autossolidificáveis, e, método para produzir uma estrutura - Google Patents

Abstract

Elemento de reforço (10) para aumentar a resistência de materiais pastosos autossolidificáveis que é feito de filamentos flexionáveis, que compreende uma porção central (12) a partir da qual pelo menos em três direções respectivos braços (11) estendem-se para fora e cada um dos braços (11) tem pelo menos dois filamentos espaçados (13) e os braços (11) têm extremidades externas constituídas por respectivos laços (14) produzidos pela flexão dos filamento (13) de que o braço associado (11) é produzido e em cada laço(14) a distância entre os filamentos (13) tem entre duas vezes e vinte e cinco vezes o tamanho do filamento (13) e os braços (11) são arranjados de uma maneira tal que em qualquer meio espaço separado por qualquer plano passando através da porção central (12), pelo menos um dos braços (11) é arranjado.

Description

[001] A invenção se refere a um elemento de reforço para aumentar a resistência de materiais pastosos autossolidificáveis que é feito de filamentos flexionáveis.

[002] A descrição da porção de técnica anterior de EP 2 206 848 A1 inclui um sumário detalhado das soluções usadas anteriormente para reforçar concreto para eliminar os inconvenientes de fios de aço como membros de reforço, isto é, para eliminar a necessidade de executar os caros e difíceis trabalhos de montagem associados com a colocação de elementos de reforço de aço antes que o concreto pastoso seja despejado na gelosia.

[003] Estas soluções usavam a alimentação e mistura de um grande número de elementos de reforço menores no concreto quando ainda estava em um estado pastoso e em seguida à solidificação do concreto a estrutura obtida tinha uma capacidade de carga mais alta do que sem os elementos, mas ele não podia atingir a resistência que era proporcionada por um sistema de reforço de apropriadamente projetado. Nessa publicação pequenas bobinas eram colocadas em espiras em cápsulas solúveis em água a fim de impedir interligação das bobinas durante a etapa de misturar e ficavam entupidas. A água presente no concreto pastoso dissolvia as cápsulas e os elementos bem misturados podiam aumentar a resistência da estrutura.

[004] Em US 5.858.082 fios com extremidades recurvadas eram dobrados no formato de U, mas produzidos a partir de fios com memória e neste formato eles eram expostos a tratamento térmico de modo a conservar seus formatos. Eles eram alimentados e misturados ao concreto pastoso e expostos a um segundo tratamento térmico, em que a temperatura era aumentada em relação à temperatura “de memória crítica” pelo que as bobinas “se lembravam” e tomavam seus formatos abertos originais novamente.

[005] No documento US 2010/0101163 A1 eram usados elementos de reforço que tinham um corpo ou porção esférica central a partir de que braços eram estendidos na direção para fora e nas extremidades dos braços eram arranjadas cabeças que eram maiores em tamanho do que os braços e a existência das cabeças era proporcionada uma força mais alta transmitindo ligação entre o concreto e os braços. Nesta solução a modalidade que tem uma pluralidade de braços estendendo-se para fora em todas direções espaciais é problemático que a porção central ocupe um grande espaço, o elemento tem alto peso e devido ao grande corpo e aos diversos braços estendendo-se para fora em quase todas direções os respectivos elementos de reforço eram incapazes de se chegar perto um do outro para atingir uma alta densidade de inserção. No caso da etapa de mistura devido ao alto número das cabeças maiores nas extremidades dos braços os respectivos elementos podem entrar em engate indesejado entre si e uma aglomeração pode ter lugar. Há modalidades que têm um projeto plano. Em tais elementos não pode ser assegurado que os elementos sejam posicionados depois de cada mistura de um modo uniforme em todas direções espaciais, assim um alto grau de anisotropia pode ter lugar porque os elementos podem entrar em engate nos seus planos.

[006] Dentre as soluções de reforço amplamente divulgadas e comercialmente disponíveis para concreto os elementos tendo o nome comercial DRAMIX podem ser mencionados os quais compreendem fios de aço com um comprimento de 50 ou 60 mm e com um diâmetro de 0,8 mm, em que os fios são revirados nas suas regiões de extremidade. A folha de dados de uma tal estrutura pode ser encontrada por exemplo, no endereço na rede mundial: http://www.sinthaweethailaos.com/images/product/Stee- %20Fiber/1Steel%20Fibre%20-%- 20DRAMIX%C2%AE/LOOSE%20Fibres/Dramix Duo100 GB.pdf

[007] O exame de tubos de concreto reforçados por pequenos elementos de reforço é descrito no artigo de D. A. Scott et. al., intitulado: “Impact of Steel Fiber Size and Shape on the Mechanical Properties of Ultra- High Performance Concrete Geotechnical and Structures Laboratory” publicado em agosto de 2015, que pode ser encontrado no endereço da rede mundial: http://www.dtic.mil/get-tr-doc/pdf?AD=ADA620738.

[008] Dentre os inconvenientes dos elementos de reforço compósitos conhecidos sem a intenção de ser completo, pode ser mencionado que durante o processo de mistura os elementos tendem a ficar agarrados uns aos outros, pelo que sua distribuição espacial vai ser irregular. Além do mais, como o material do elemento de reforço é aço que é mais pesado do que concreto ou do que o material compósito, portanto depois do despejamento da mistura no molde final, eles tendem a ficar afundados no material antes dele ser endurecido e sua distribuição ao longo da altura vai ficar irregular. Um outro inconveniente reside em que os elementos de reforço não têm uma conexão de encaixe de forma com o material compósito, mas apenas através da adesão de superfície estabelecida entre eles e esta conexão é menos resistente do que se uma a partir de conexão de encaixe de forma fosse produzida. Um outro inconveniente é a resistência anisotrópica do material assim reforçado porque o formato dos elementos não pode garantir propriedades idênticas em todas as direções, portanto, não se pode calcular a resistência precisamente com antecipação. Os elementos tendem a ficar corroídos e a corrosão começa geralmente nas superfícies de borda das estruturas ou nas suas superfícies que trincam, o que mais cedo ou mais tarde vai piorar a resistência e ao mesmo tempo os fios enferrujados vão ser visíveis nas superfícies externas o que piora sua aparência.

[009] A tarefa da invenção é proporcionar um elemento de reforço para aumentar a resistência de um material pastoso autossolidificável e um método para alimentar os elementos no material pastoso, o que pode diminuir ou mesmo eliminar os inconvenientes listados e outros das soluções conhecidas.

[0010] De acordo com a invenção um elemento de reforço foi previsto para aumentar a resistência de materiais pastosos autossolidificáveis que é feito de filamentos flexionáveis e de acordo com a invenção o elemento compreende uma porção central a partir da qual pelo menos em três direções respectivos braços se estendem para fora e cada um dos braços tem pelo menos dois filamentos espaçados e os braços têm extremidades externas constituídas por respectivos laços feitos pela flexão do filamento de que o braço é produzido e em cada laço a distância entre os filamentos tem entre duas vezes e vinte e cinco vezes o tamanho do filamento e os braços são arranjados de uma maneira tal que em qualquer meio espaço separado por qualquer plano passando através da porção central pelo menos, um dos braços é arranjado.

[0011] É preferido se o comprimento dos braços for no máximo dez vezes tão alto quanto sua largura.

[0012] Uma modalidade preferida compreende um número par dos braços e pelo menos um par dos braços que se estendem em direções espaciais opostas é produzido pela flexão de um único filamento.

[0013] É preferido se o número dos braços for quatro de que respectivos pares são produzidos pela flexão de um único filamento e seus laços caem em uma porção central substancialmente em um plano comum, os pares que constituem os braços quando projetados no plano comum caem substancialmente em respectivas linhas retas comuns como extensão uma da outra e os braços em cada par estendem-se para fora em direções opostas da linha reta comum e um dos pares constituídos pelos braços é flexionado na direção para cima a partir do plano comum por um ângulo predeterminado e o outro par dos braços é flexionado do mesmo ou quase o mesmo modo na direção oposta, isto é, para baixo a partir do plano comum.

[0014] É preferido se o ângulo da flexão dos braços em relação ao plano comum é entre 20° e 50°.

[0015] Uma outra vantagem surge se os dois pares de braços são fixados entre si pela flexão do filamento formando um dos pares na porção central.

[0016] Em uma modalidade preferível os filamentos têm seções transversais circulares.

[0017] É muito vantajoso se o elemento de reforço é construído pela flexão de um único filamento.

[0018] O material dos filamentos pode ser aço, cobre, fibra de carbono, plástico, vidro, fibra de basalto ou a combinação destes materiais.

[0019] Outras vantagens provêm da concepção se os filamentos compreendem um revestimento para proteção contra corrosão e/ou para aumentar a resistência.

[0020] A distribuição espacial vai ser mais uniforme se o elemento de reforço tem uma densidade média controlada pela espessura do revestimento de modo a ser igual ou quase igual à densidade do material pastoso.

[0021] A resistência pode ser aumentada se o revestimento é feito de um fio de fibra de carbono ou fibra de vidro que é ligado ao filamento por meio de um material ligante.

[0022] Em uma modalidade preferida os filamentos são feitos de filamentos duplos.

[0023] De acordo com a invenção foi também previsto um método para produzir uma estrutura a partir de um material de molde que tem uma resistência aumentada, que compreende as etapas de: misturar o material quando ele está em um estado pastoso a partir de diversos componentes, então despejar o mesmo em uma gelosia ou molde tendo uma forma requerida então deixar o material ser solidificado ou curado e de acordo com a invenção ele compreende a etapa de alimentar uma quantidade de pelo menos 80 kg/m3 dos elementos de reforço produzidos como especificado acima ao material quando ele ainda está em um estado pastoso e misturar os elementos de reforço adicionados para ser regularmente distribuídos no mesmo e executar a dita etapa de despejar depois disso.

[0024] Deve ser notado que a literatura se refere aos autossolidificáveis também como materiais compósitos.

[0025] É preferido se o material pastoso é concreto que tem uma qualidade de pelo menos C50 e preferivelmente mais alta do que C 100, mas ele pode também ser poliamida, policarbonato ou qualquer outro material plástico similar ou cerâmica, vidro ou um metal.

[0026] A invenção vai agora ser descrita em associação com modalidades preferíveis da mesma, em que referência vai ser produzida aos desenhos anexos. Nos desenhos: a Fig. 1 é a vista de topo de uma modalidade do elemento de reforço de acordo com a invenção; a Fig. 2 é a vista frontal da modalidade mostrada na Fig. 1; a Fig. 3 é a vista lateral da modalidade mostrada na Fig. 1; a Fig. 4 é a respectiva vista da modalidade mostrada na Fig. 1; a Fig. 5 é a vista em perspectiva de uma modalidade tendo seis ramificações; a Fig. 6 é a vista em perspectiva de uma modalidade do elemento de reforço vista a partir de cima; a Fig. 7 mostra um detalhe de um filamento duplo formando o elemento de reforço; a Fig. 8 é um detalhe do filamento que forma o elemento de reforço que compreende um revestimento de plástico; a Fig. 9 mostra a vista em perspectiva de um filamento 24 revestido por uma fibra de carbono, a Fig. 10 mostra a ilustração de um arranjo de teste para medir um corpo de prova convencional 26 feito de acordo com a invenção; a Fig. 11 mostra um detalhe em corte ampliado da Fig. 10; a Fig. 12 mostra a ilustração de um arranjo de medição usando o corpo de prova 31 feito de acordo com a invenção, similar àquele que foi mostrado na Fig. 10; a Fig. 13 mostra diagramas carga-deslocamento executados com diferentes corpos de prova; a Fig. 14 é uma imagem de raio X estratificada produzida a partir de um cubo de prova 35 reforçado por elementos Dramix; a Fig. 15 mostra a distribuição do número dos elementos de reforço no cubo de prova 35 de acordo com a altura; a Fig. 16 é similar à Fig. 14 e mostra um registro tomado sobre um cubo de prova 37 preparado de acordo com a invenção; e a Fig. 17 mostra a distribuição do número dos elementos de reforço no cubo de prova 37 de acordo com a altura.

[0027] Referência é feita às Figs. 1 a 4 que mostram uma modalidade do elemento de reforço 10 de acordo com a invenção que tem quatro braços. O elemento de reforço 10 tem uma tal configuração espacial que tem um número predeterminado de braços 11 que se estendem para fora a partir de uma porção central 12 em diferentes direções espaciais. 'É além do mais característico do elemento de reforço 10 que os respectivos braços 11 são produzidos a partir de um filamento 13 ou fio de modo que respectivos laços 14 são flexionados a partir do filamento 13 e uma distância predeterminada é mantida entre ramos 15 dos laços 14. Esta distância tem entre duas vezes e doze vezes o tamanho (diâmetro) do filamento 13 (e no caso de se usar um filamento não circular este tamanho é a dimensão lateral do filamento). Aqui o limite superior não é crítico porque distâncias maiores podem também ser usadas, mas neste caso o elemento de reforço 10 vai ter uma rigidez diminuída. O limite inferior correspondendo a duas vezes o tamanho é requerido porque o laço 14 pode proporcionar o efeito requerido se o material de ligação pastoso pode penetrar facilmente no espaço definido entre os ramos 15 e pode preencher o espaço formado por estes ramos. O material do filamento 13 é preferivelmente aço, cobre, plástico ou uma versão destes materiais quando reforçado por fibra de carbono ou fita de carbono e seu diâmetro ou seu tamanho transversal máximo é menor do que cerca de 3 mm. Estes valores limites não são demasiadamente críticos. O filamento 13 deve ter uma resistência a tração apropriadamente alta para resistir às cargas que atua sobre ele, enquanto que ele deve ser flexionável pelo menos durante sua formação de modo que ele deve ser capaz da flexão dos elementos de reforço 10 ou pelo menos um pouco de seus braços 11.

[0028] No desenho, pode ser observado que a porção central 12 do elemento de reforço 10 se situa substancialmente em um plano e nas Figs. 2 e 3 e uma linha reta que cai neste plano 16 foi desenhada como uma linha ponto e traço. Depois de deixar a porção central 12 os braços opostos 11 encerram um ângulo α com este plano em uma direção. Pode ser visto na Fig. 2 que os dois braços 11a e 11b são inclinados do ângulo α na direção para baixo a partir do plano 16. Os outros dois braços 11c e 11d são também inclinados do mesmo ângulo α a partir do plano 15, mas no meio espaço oposto, isto é, na direção para cima. A linha de partida da flexão pode estar imediatamente depois da porção central 12 como mostrado no desenho, mas ela pode estar ainda mais afastada na direção para o exterior.

[0029] Todos os braços encerram um ângulo α (como valor absoluto) com o plano imaginário 16. O valor deste ângulo α fica preferivelmente entre 20° e 50°, porém o uso da gama angular entre 25° e 35° é o mais preferido.

[0030] Uma outra característica formal do elemento de reforço 10 mostrado nas Figs. 1 a 4 é o comprimento dos braços 11, isto é, a extensão de suas projeções. Durante o uso normal, os elementos de reforço 10 são alimentados em grande número no material pastoso autossolidificável ou parcialmente líquido e vai ser misturado com ele. O objetivo é assegurar a distribuição regular dos elementos de reforço 10 no material pastoso pelo final da mistura e nenhuma agregação local deve ter lugar e a posição angular dos respectivos elementos de reforço 10 vai ser regularmente distribuída entre as direções possíveis. A qualidade da mistura é substancialmente influenciada pelo comprimento dos braços 11 e pelo ângulo α. Com a gama angular sugerida é preferido se os braços 11 não são mais longos do que dez vezes a distância entre os ramos 15. Este não é um limite absoluto, mas se os braços 11 são mais curtos do que este tamanho, então o risco de engate mútuo dos braços é menor. Naturalmente, o comprimento dos braços também tem um limite lógico inferior, mas este limite não é demasiadamente crítico do ponto de vista da qualidade de mistura, do que no caso de braços demasiadamente curtos dentre os braços dos elementos de reforço proximamente localizados aleatoriamente.

[0031] Além do comprimento dos braços 11 a agregação e engate mútuo entre os elementos vão ser evitados pela presença de laços flexionados como extremidades de braço arqueadas que difere da extremidade dos filamentos em pontas agudas. O significado dos laços 14 é alto porque além de assegurar uma mistura homogênea a interconexão das extremidades dos ramos espaçados 15 dos braços 11 por respectivos laços arqueados 14 define respectivas aberturas 17 em cada ramo 15. O material pastoso de molde pode passar através destas aberturas 17 e preenchê-las completamente e em seguida à cura do material o laço 14 vai ser retido não apenas pelas forças de adesão entre o material de molde e o filamento 13, mas primordialmente a conexão por encaixe de forma proporcionada pelo material ligante finalmente curado no e através do laço 14. A essência deste tipo de conexão reside em que o material curado circundado pelos laços 14 constitui um único corpo com os laços 14 sobre os braços dos elementos de reforço vizinhos 10 e se uma carga de tração age em uma dada seção transversal do concreto então os ouros braços dos elementos de reforço 10 vão exercer uma pressão sobre o concreto e o concreto tem uma boa resistência contra as pressões. Naturalmente em certas partes dos filamentos 13 do elemento de reforço 10 forças de tração vão ser geradas, mas os elementos de reforço 10 têm uma resistência à tração muito mais alta do que aquela que o concreto tem. Esta é exatamente a razão do aparecimento de resistência a carga mais alta proveniente da presença dos elementos de reforço 10. Adicionalmente o fato de que os laços 14 englobam o material auto curável de ter escoado nas aberturas 17 formadas pelos amos 15 dos braços 11, conexões de encaixe a força muito mais elevadas vão ser geradas entre o material englobado e o elemento de reforço 10 como se esta conexão fosse proporcionada apenas pelas forças de adesão entre os filamentos 13 e o material auto curável. No caso de concreto reforçado classicamente projetado este o tipo típico da conexão entre os fios de reforço de aço e o material de concreto circundante. Tais conexões vão ser estabelecidas entre os elementos de reforço convencionais e o material auto curável circundante. Esta conexão encaixe por forma, é independente do tipo e qualidade dos filamentos 13 constituindo os elementos de reforço 10, portanto é também possível que os filamentos 13 sejam produzidos a partir de materiais especiais que têm menos adesão ao material pastoso. Esta propriedade é a fonte de diversas características preferidas que vão ser explicadas em partes posteriores do presente relatório descritivo.

[0032] O elemento de reforço 10 mostrado na Figs. 1 a 4 tem uma importante propriedade, isto é, ele pode ser produzido por um único filamento contínuo 13 apenas por flexão. Esta propriedade tem o significado de que o elemento de reforço 10 não tem partes separadas que devam ser conectadas por etapas de método separadas e isto melhora sua resistência e capacidade de carga. Embora a fabricação por um único filamento tenha diversas vantagens seu nem sempre é necessário. Os respectivos braços ou pares de braço do elemento de reforço 10 podem ser produzidos como partes separadas que podem ser conectadas por meios convencionais (por exemplo, por solda, solda branca ou usando um ligante).

[0033] Embora o projeto do elemento de reforço 10 seja preferido, as Figs. 5 a 8 mostram outras modalidades alternativas.

[0034] A Fig. 5 mostra um elemento de reforço 9 que tem seis braços 18 que podem ser também produzidos por um único filamento por flexão. Os braços opostos 18 caem substancialmente na mesma linha reta e constituem as diagonais de um cubo imaginário. O aumento adicional do número dos braços não é preferido porque isto poderia impedir o posicionamento de tais elementos de reforço 9 próximos uns dos outros o que tem a consequência de que não é possível alimentar e misturar a quantidade requerida a partir deles em um volume predeterminado do material pastoso. Este efeito dos elementos de reforço de manter distâncias um do outro dificilmente pode ser experimentado quando a modalidade mostrada nas Figs. 1 a 4 é usada, porque estes elementos de reforço 10 têm formatos mais abertos e não impedem a colocação próxima de outros elementos similares um do outro.

[0035] O arranjo espacial e o número dos braços 11 podem ser visualizados ou feitos entender se é escolhido um plano espacial imaginário que pode tomar qualquer direção, mas uma linha reta P pode ser colocada neste o cuja linha se ajusta na a porção central 12 do elemento de reforço 10 ou 9 e esta linha reta P foi mostrada na Fig. 5 por uma linha ponto e traço. O plano divide o espaço em torno em duas metades e em cada metade aproximadamente o mesmo número dos braços 11 deve cair. Esta condição expressa que os braços 11 dos elementos de reforço estendem-se para fora no espaço em uma distribuição regular, isto é, não há direção preferida para os braços 11 a que mais braços iriam se estender do que em qualquer outra direção.

[0036] A Fig. 6 mostra um elemento de reforço 19 que tem em contraste com aquele mostrado na Fig. 5 apenas três braços que são todos flexionados, mas na projeção dada do desenho a flexão e o ângulo de inclinação dos braços não estão claramente ilustrados, mas a regra definida no parágrafo anterior é também aplicável a esta modalidade.

[0037] O projeto preferido dos filamentos 13 que podem ser usados par formar os elementos de reforço 10, 9, 19 é mostrado na Figs. 7 a 9. Na Fig. 7 é mostrado um filamento geminado 22 que compreende um par de filamentos 13a e 13b situados paralelos entre si que são circundados e conectados por um revestimento de plástico 20. Na Fig. 8 o filamento 23 é circundado por um revestimento de plástico cilíndrico flexível 21. A fabricação dos revestimentos 20, 21 pode usar materiais e tecnologias similares ao que é usado geralmente para produzir cabos elétricos isolados, mas é preferido se o tamanho e a massa do revestimento 20, 21 sejam escolhidos de uma maneira tal que a densidade resultante dos filamentos 22, 23 feitos deste modo vai ser igual ou quase igual à densidade do material pastoso de ligação auto curável que vai circundar os mesmos durante o uso. No caso de concreto como material pastoso se os filamentos 13, 13a ou 13b são feitos de aço e os revestimentos 20, 21 são feitos de um material plástico, o volume do revestimento 20, 21 deve ser escolhido preferivelmente em torno de 2,6 a 2,8 vezes o volume do aço. Quando esta condição é satisfeita, a densidade dos elementos de reforço 10 feitos de uma tal maneira vai ser a mesma que a densidade de concreto e quando os elementos 10 são alimentados no concreto pastoso esses não vão ficar imersos no meio circundante.

[0038] A Fig. 9 mostra um filamento 24 que tem um filamento interno de aço 13c e em torno deste filamento 13c é enrolada uma fita 25 que é feita de fibra de carbono fiada ou outras fibras resistentes e esta estrutura de fibra é ligada ao filamento interno 13c por um ligante. Quando se escolhe esta modalidade o filamento 24 deve ser flexionado para produzir o elemento de reforço 10 antes do ligante de plástico curar. O uso desta modalidade é preferido e justificado para uso em estruturas de concreto expostas a cargas muito altas porque o material reforçado com fibra de carbono tem resistência à tração em torno de 5000 a 8000 MPa, enquanto que a resistência à tração do aço fica tipicamente entre 800 e 1500 MPa, isto é, a resistência à tração do filamento 24 é pelo menos cinco vezes mais elevada do que aquela do aço, ou ainda mais alta. Ao invés de fibras de carbono, cordões feitos de fibras de vidro, de basalto ou de outras fibras de plástico podem ser usados se eles tiverem a resistência requerida.

[0039] No caso em que o filamento 13 é feito de aço, é preferido se ele é revestido ou recoberto por uma fina camada que o protege contra corrosão.

[0040] A superfície externa do filamento 13 pode ser produzida a partir de materiais que têm muito menor adesão ao concreto ou ao outro material pastoso auto curável, porque durante o uso do elemento de reforço 10 a transmissão de forças é compensada pela presença dos laços 14 que circundam certos pequenos volumes do material pastoso auto curável, pelo que a adesão entre o revestimento e o material pastoso tem apenas um papel subordinado.

[0041] O uso dos elementos de reforço 10 de acordo com a invenção tem lugar primordialmente para aumentar a resistência de diferentes estruturas de molde. Dentre os materiais pastosos auto curáveis aquele o mais geralmente usado é concreto, mas há uma necessidade cada vez mais crescente de estruturas de plástico de reforço que sejam produzidas por exemplo, de poliamida, polipropileno, poliéster ou outro material termoplástico com propriedades comparáveis. De um modo similar, pode-se reforçar deste modo materiais compósitos produzidos usando materiais termocuráveis ou auto curáveis de múltiplos componentes.

[0042] Durante o método de uso, o material auto curável pastoso e parcialmente líquido é misturado em um vaso apropriado e durante a etapa de mistura uma quantidade predeterminada dos elementos de reforço 10 é alimentada na mistura. A mistura é continuada até que a homogeneidade requerida é atingida então o material é despejado em um espaço circundado a partir de baixo e a partir de todos os lados e uma gelosia ou molde apropriados, então em caso de necessidade o material é manipulado por um vibrador para remover as bolhas de ar supérfluas e armazenar o molde neste estado até que seja curado. Em caso de necessidade a superfície externa é polvilhada (necessário por exemplo, no caso do concreto).

[0043] A quantidade dos elementos de reforço alimentados 10 influencia a resistência da estrutura assim constituída e aumentando a quantidade a resistência pode ser aumentada até uma dada extensão. A quantidade que pode ser adicionada é limitada apenas pela capacidade do material de receber estes elementos. No caso de concreto o limite inferior da adição dos elementos de reforço 10 fica em torno de 70-80 kg/m3 (no caso o elemento de reforço é feito de aço) e a resistência requerida é atingida com uma dose de cerca de 150 a 200 kg/m3. A qualidade do concreto deve ser suficientemente boa, o limite inferior da gama preferida está na qualidade de C 50 o que não exclui o uso de concreto com qualidade mais baixa, mas ali o aumento de resistência vai ser menos perceptível. A qualidade não tem nenhum limite superior, mas não faz sentido usar concreto com qualidade mais alta do que em torno de C 500, ou se for o caso, apenas para finalidades especiais.

[0044] Com o elemento de reforço 10 da presente invenção numerosas experiências, testes e medidas comparativas foram conduzidas a fim de melhor apreender suas propriedades e avaliar que estas propriedades estão presentes em todos os casos. Antes da descrição detalhada das experiências, uns poucos testes e os resultados obtidos vão ser descritos.

[0045] As Figs. 10 e 12 mostram o arranjo de teste usada para o exame de resistência à flexão. Para o teste corpos de prova foram produzidos com uma seção transversal quadrada de 150 x 150 mm e com um comprimento de 600 mm. A Fig. 10 mostra um corpo de prova 26 produzido de uma maneira convencional, em que na sua parte inferior um par de fios de aço lateralmente espaçados 27 foi colocado, os quais têm porções de extremidade flexionadas para trás e para cima como mostrada no desenho e o diâmetro dos fios era de 8 mm. A qualidade do concreto era C 25. Durante o teste um par de cilindros de suporte 28, 29 foi colocado sobre uma superfície de suporte horizontal com uma distância de 500 mm. A carga era atuada na forma de uma força vertical F sobre um cilindro pressionador 30 e o deslocamento vertical (flexão) do ponto central o mais baixo do corpo de prova de 26 era medido em função da força F.

[0046] Com o método de acordo com a invenção um corpo de prova 31 com as mesmas dimensões foi produzido usado concreto com qualidade C 110 e neste concreto os elementos de reforço 10 mostrados na Figs 1 a 4 eram adicionados em uma quantidade de 100 kg/m3. O diâmetro de uma esfera imaginária em que os elementos de reforço 10 podiam ser encaixados era 30 mm, o diâmetro dos ramos 15 era 0,9 mm e a distância entre os ramos 15 do braço 11 6 mm e o filamento era feito de aço.

[0047] Para uma comparação adicional um corpo de prova de tamanho similar era preparado adicionando elementos de reforço convencionais vendidos sob o nome comercial DRAMIX ZC-50/0,8 também com uma densidade de 200 kg/m3. O comprimento dos elementos de reforço de aço era 50 mm, seu diâmetro era 0,8 mm e a duas extremidades eram reviradas duas vezes. Finalmente um outro teste foi conduzido usando um outro corpo de prova do mesmo tamanho com uma peça de concreto feita de concreto C 25 e em nenhum elemento de reforço era adicionado.

[0048] Os resultados são mostrados nos diagramas da Fig. 13. A curva 32 traçada com linhas ponto e traço se refere ao corpo de prova 26 reforçado por fios de aço convencionais. A curva 33 traçada pela linha tracejada fina se refere ao corpo de prova de concreto sem qualquer reforço e mostra que o concreto sem reforço pode resistir a apenas cargas muito pequenas e se rompe logo. A curva 34 traçada em linha tracejada trata do corpo de prova em que o concreto era reforçado pelos elementos de reforço DRAMIX. Finalmente, a curva 35 traçada em linha cheia se refere ao corpo de prova 31 feito de acordo com a invenção. Pode ser visto sem qualquer explicação específica que o concreto que compreende os elementos de reforço 10 tem uma força e resistência notáveis. Sua capacidade de carga comparada com o corpo de prova de concreto reforçado convencionalmente 26 é 90/60, isto é, 50% mais alta do que aquela de concreto reforçado convencional e ele não vai se romper depois de ter atingido o máximo e ele resiste ainda mais a longas deflexões além da carga máxima, o que é uma propriedade muito favorável no caso em que cargas tipo pulso possam ocorrer. Sua resistência é cinco vezes mais alta do que a do concreto de mesmo tamanho reforçado por elementos DRAMIX e é importante notar que esta resistência é mantida em caso de cargas vindas de qualquer direção.

[0049] Referência é feita agora às Figs. 14 a 17 em que uma propriedade adicional da solução de acordo com a invenção vai ser mostrada. A partir do concreto reforçado por elementos Dramix como descrito no exemplo anterior cubos de prova 35 foram produzidos com um tamanho de 150 mm de comprimento de aresta e cubos de prova similares foram produzidos pelo concreto reforçado de acordo com a invenção como descrito no corpo de prova 31 e os dois cubos com de 150 mm de comprimento de aresta foram examinados por uma tomografia computadorizada e um alto número de imagens de raio X foi produzido em diferentes seções transversais. A Fig. 14 mostra uma imagem típica das imagens estratificadas tomadas a partir do cubo de prova 35 reforçado pelos elementos conhecidos.

[0050] O registro quadrático mostra o cubo de prova 35 na posição como ele era moldado, isto é, os números 1 a 5 mostram a altura, em que #1 corresponde à faixa de altura máxima e # 5 à mínima. No registro os pontos de luz são as imagens dos elementos de reforço na camada em questão, que são círculos parcialmente pequenos e listas parcialmente mais curtas ou mais longas dependendo da posição dos elementos no cubo. Os registros tomados a diferentes alturas faziam a contagem do número dos elementos de reforço nas alturas associadas possíveis. Olhando a imagem da Fig. 14, é imediatamente evidente que os pontos brancos que correspondem aos elementos de reforço têm uma densidade mais alta na faixa mínima 5 enquanto que nas faixas superiores muito menos elementos podem ser vistos. O diagrama 36 da Fig. 15 mostra o número contado dos elementos de reforço nas respectivas faixas de altura. Pode ser visto que na faixa #1 apenas cerca de 100 elementos foram contados e este número aumentou gradualmente quando se move para a parte inferior e entre as faixas # 4 e #5 ele atingiu seu máximo de 460 peças. A alteração, isto é, a extensão da irregularidade foi 4,7 vezes. Este aumento da densidade na direção para baixo é devido ao fato de que os elementos de reforço de aço são mais pesados do que concreto e eles tendem a cair no concreto pastoso ou líquido. A razão pela qual a maioria dos elementos não está na altura mínima reside em que os elementos podem tomar qualquer posição angular e quando uma de suas extremidades atinge a gelosia ele não pode se mover mãos para baixo.

[0051] A Fig. 16 é um registo estratificado similar tomado a partir do cubo de prova 37 que compreende os elementos de reforço 10 de acordo com a invenção. Quando se olha a imagem pode ser visto imediatamente e estabelecido que a distribuição do elemento é muito mais uniforme ao longo da altura. Os tamanhos diferentes dos pontos brancos mostram que os elementos de reforço 10 tomam diferente posições e seus pontos projetados são, portanto, menores ou maiores. A Fig. 17 é similar à Fig. 15 e mostra o número dos elementos de reforço contados 10 nas respectivas alturas. O diagrama 38 mostra uma distribuição mais uniforme e ao mesmo tempo o número dos elementos é significativamente mais alto. O número mínimo é 100 e o máximo é 1200, isto é, a extensão da irregularidade é 32% em contraste com o valor de 470% no caso de controle.

[0052] Deve ser notado que a irregularidade na direção transversal era pequena no caso de ambos cubos de prova 35, 37 porque na direção transversal o efeito da gravidade é insignificante.

[0053] Referência é feita novamente à Fig. 10 em que o corpo de prova convencional 26 foi mostrado como feito de concreto reforçado com aço convencional em uma escala ligeiramente distorcida quando ele é ligeiramente flexionado sob o efeito da carga. Como as camadas inferiores de concreto se expandem ligeiramente sob o efeito da carga os fios de reforço de aço também expandem e como uma consequência vão aparecer no material de concreto pequenas trincas que são mostradas em uma escala ligeiramente exagerada. A Fig. 11 mostra tais trincas 39 em vista ampliada em que alguém pode observar o fio de aço 40 e as partículas de cascalho circundantes 41. A presença das trincas 39 na superfície da estrutura de concreto carregada que é exposta à expansão pode ser encarada como um fenômeno natural, enquanto que ao longo das trincas 39 sob o efeito de umidade no ar ambiente ou da presença de umidade local, o fio de aço 40 é exposto a corrosão o que pode causar problemas com o tempo, especialmente porque o ferro corroído tem um volume três vezes mais alto que o aço. O aumento local de volume provoca tensões no material de concreto e provoca mais trincas e o processo de corrosão diminui a resistência do concreto com o tempo.

[0054] Em contraste com o acima exposto, a estrutura feita de acordo com a invenção e mostrada na Fig. 12 nenhuma trinca é formada porque a expansão dos pequenos elementos de reforço 10 é muito menor em tamanho e ela carrega o concreto circundante com pressão e não com forças de tração de modo que a razão da geração de trincas é excluída. Esse efeito resulta na diminuição ou eliminação do risco de corrosão e aumenta substancialmente a vida útil da estrutura. O risco de corrosão é ainda mais diminuído se o filamento 13 é dotado de revestimento de plástico ou zinco.

[0055] Vale a pena analisar e listar os motivos que causam em conjunto os efeitos vantajosos com respeito aos elementos de reforço conhecidos. Estes motivos são resumidos abaixo não na ordem de sua importância.

[0056] Foi mencionado acima que a conexão de transmissão de força entre os elementos de reforço 10 e o material pastoso circundante é devida à conexão entre o material inicialmente pastoso que escoou dos laços 14 e os próprios laços 14 que retêm o material depois dele ter sido solidificado e esta conexão é diferente da conexão friccional e por adesão entre o filamento 13 e o meio ambiente. À parte o fato que deste modo forças maiores podem ser transmitidas abre-se a possibilidade de cobrir o material do filamento 13 com uma camada resistente à corrosão ou ainda com um revestimento fibroso que aumenta a resistência à tração ou com um revestimento de plástico sob o efeito de que a densidade resultante diminuo na extensão desejada.

[0057] As presenças dos braços do elemento de reforço que se estendem para fora em ângulos não demasiadamente elevados em diferentes direções são muito úteis durante a etapa de mistura porque nenhuma aglomeração local ou engate mútuo dos elementos vai ocorrer. Se um braço de um elemento de reforço desliza em um laço de um braço de um outro elemento de reforço então sob o efeito de forças durante a mistura ele pode deslizar para fora a partir do mesmo de uma maneira fácil, portanto não há razão que iria interconectar durante a operação de mistura os elementos de reforço vizinhos. A aglomeração dos elementos de reforço é experimentada em todos tipos conhecidos de tais elementos.

[0058] Um outro problema causava o risco anteriormente mencionado para o elemento de reforço ficar imerso no meio fluido. Os braços do elemento de reforço 10 estendem-se para fora em toda as direções e agem como um paraquedas, o que aumenta o arraste contra movimento no fluido e não há nenhuma direção especial ao longo da qual este pudesse não ocorrer. Além do mais as partículas de cascalho podem contatar os braços dos elementos de reforço 10 e proporcionar um suporte local e impedir seu deslocamento no meio. Pelas razões listadas aqui o efeito de imersão vai ser menor mesmo se a densidade específica não é diminuída pelo uso de um revestimento de plástico que ajusta a densidade específica.

[0059] Excluindo o risco de aglomeração segue uma vantagem adicional, a saber em um volume unitário muito mais elementos de reforço podem ser colocados pelo que o efeito de reforço também aumenta. Os números mostrados nas Figs. 16 e 18 são comparados, este efeito foi confirmado pelas experiências e muito mais elementos de reforço foram encontrados na amostra de concreto usando a presente invenção.

[0060] Os braços 14 do elemento de reforço 10 têm extremidades constituídas pelos laços associados 14 que podem contatar a gelosia ao longo de pontos respectivos apenas. Consequentemente, depois que a gelosia tenha sido removida, a presença dos elementos de reforço 10 é indicada apenas em pequenos pontos e não mais em superfícies de fio como é o caso nos elementos de reforço conhecidos. Fios de metal que se estendem até as superfícies externas das estruturas prontas são ao mesmo tempo centros de corrosão e eles destroem significativamente a aparência das superfícies externas. No caso de usar os elementos de reforço 10 de acordo com a invenção, mesmo se nenhum revestimento anticorrosão for usado apenas pequenos pontos podem ser vistos, mas no caso da concepção recoberta de zinco ou revestida com plástico o risco de ferrugem não pode aparecer.

[0061] A próxima propriedade importante reside em que no caso dos elementos de reforço 10 não há direção preferida e como resultado da boa mistura e da lei dos grandes números os braços se confrontam em todas as direções e a resistência é plenamente isotrópica, isto é, ela prevalece em caso de cargas vindas a partir de qualquer direção. Esta é uma vantagem substancial em relação às soluções anteriormente usadas porque havia o risco de ter anisotropias locais exatamente como uma consequência da aglomeração dos elementos.

[0062] Como resultado dos efeitos listados, as estruturas usando os elementos de reforço 10 de acordo com a invenção podem ser dimensionadas e projetadas para quaisquer cargas dadas e não vai ocorrer o problema de que as propriedades de sustentação de carga iriam se alterar e depender da tecnologia usada e das circunstâncias de fabricação.

[0063] Finalmente, deve ser mencionado que pode haver diversas propriedades vantajosas adicionais porque, por exemplo, os diagramas mostrados na Fig. 13 sustentaram que um aumento substancial na resistência foi experimentado e se há uma necessidade de um aumento ainda maior de capacidade de carga do que o revestimento reforçado com fibra de carbono mostrado na Fig. 9 estruturas muito mais resistentes podem ser obtidas.

Claims (15)

1. Elemento de reforço (10) para aumentar a resistência de materiais pastosos autossolidificáveis que é feito de filamentos flexionáveis (13), o elemento (10) compreende uma porção central (12) que se situa em um plano e pelo menos três braços (11) que se estendem para fora a partir da porção central (12) em diferentes direções espaciais, cada um dos braços (11) é constituído por um respectivo laço (14) produzido pela flexão do filamento (13) de que o braço associado (11) é produzido e cada laço (14) tendo uma extremidade externa que interconecta dois ramos (15) espaçados formados pelo filamento (13) flexionado do laço associado (14), caracterizado pelo fato de que em cada laço (14) os ramos (15) são paralelos entre si de modo que a distância é entre duas vezes e vinte e cinco vezes o tamanho do filamento (13), e os braços (11) se estendem para fora a partir da porção central (12) no espaço em uma distribuição uniforme de forma que não há nenhuma direção preferida para os braços (11) aos quais mais braços se estenderiam do que em qualquer outra direção e em qualquer meio espaço separado por qualquer plano passando através da porção central (12) pelo menos um dos braços é arranjado.

2. Elemento de reforço de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comprimento dos braços (11) é no máximo dez vezes tão alto quanto sua largura.

3. Elemento de reforço de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende um número par dos braços (11), e pelo menos um par dos braços (11) que se estendem em direções espaciais opostas são produzidos pela flexão de um único filamento (13).

4. Elemento de reforço de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o número dos braços (11) é quatro de que respectivos pares são produzidos pela flexão de um único filamento (13) e seus laços (14) caem em uma porção central (12) em um plano comum, os pares constituindo os braços (11) quando projetados no plano comum caem em respectivas linhas retas comuns uma como extensão da outra, e os braços (11) em cada par estendem-se para fora em direções opostas da linha reta comum, e um dos pares constituídos pelos braços (11) é flexionado na direção para cima a partir do plano comum por um ângulo predeterminado (α), e outro par dos braços (11) é flexionado do mesmo ou quase do mesmo modo na direção oposta, isto é, para baixo a partir do plano comum.

5. Elemento de reforço de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o ângulo (α) da flexão dos braços (11) em relação ao plano comum fica entre 20° e 50°.

6. Elemento de reforço de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que que os dois pares de braços (11) são fixados entre si pela flexão do filamento (13) formando um dos pares na porção central (12).

7. Elemento de reforço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os filamentos (13) têm seções transversais circulares.

8. Elemento de reforço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que é construído pela flexão de um único filamento (13).

9. Elemento de reforço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o material dos filamentos (13, 13a, 13b, 22, 23, 24) é aço, cobre, fibra de carbono, plástico, vidro, fibra de basalto ou a combinação destes materiais.

10. Elemento de reforço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que os filamentos (13) compreendem um revestimento para proteção contra corrosão e/ou para aumentar a resistência.

11. Elemento de reforço de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que tem uma densidade média controlada pela espessura do revestimento de modo a ser igual ou quase igual à densidade do material pastoso.

12. Elemento de reforço de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o revestimento é feito de um fio de fibra de carbono ou fibra de vidro que é ligado ao filamento (13) por meio de um material ligante.

13. Elemento de reforço de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que os filamentos (13) são feitos de filamentos duplos.

14. Método para produzir uma estrutura a partir de um material de molde que tem uma resistência aumentada, que compreende as etapas de: misturar o material quando ele está em um estado pastoso a partir de diversos componentes, então despejar o mesmo em uma gelosia ou molde tendo uma forma requerida então deixar o material ser solidificado ou curado, método este caracterizado pelo fato de que compreende misturar uma quantidade de pelo menos 80 kg/m3 dos elementos de reforço produzidos como definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 13 ao material quando ele ainda está em um estado pastoso, e misturar os elementos de reforço adicionados (10) para serem uniformemente distribuídos no mesmo e executar a dita etapa de despejar depois disso.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o material pastoso é concreto que tem uma qualidade de pelo menos C50 e preferivelmente mais alta do que C 100.

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