BRPI0913495B1 - Método de fixação de uma membrana protetora à prova d'água e sistema de fixação apropriado para fixação de uma membrana protetora à prova d'água - Google Patents
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Abstract
método e sistema de fixação pontual de uma membrana à prova d'água a instalações hidráulicas antecedentes da invenção método e sistema de fixação pontual de uma membrana protetora à prova d'água (13) de material plástico para superfícies protetoras e à prova d'água (19) de trabalhos hidráulicos (10), tais como canais, túneis, barragens e similares. com relações a extensões submetidas a ações de fluidos e/ou ventos, a membrana protetora (13) é fixada à estrutura de concreto (11) do trabalho hidráulico e/ou ao solo (37) por um sistema de dispositivos de fixação pontual (15, 16). cada ai spos ít i vo de fixação·· ( 15, 1; 6) compreende um memj::>ro de ancoramento (23, 32, 36) para penetração na estrutura de concreto (11) e/ou no solo (12) ao longo de uma - profundidade desejada,· equipado com um tirante~ou~parte~ posterior de fixação (23', 35, 40) que se protubera parcialmente a partir da superfície (10) a ser coberta, à qual a membrana protetora ( 13) é fixada de forma vedante e pressionada contra a extensão da estrutura hidráulica e/ou solo por meios de trava (25, 26, 27, 28, 29); os meios de trava são adaptados para fornecer uma ampla extensão de contato anular com a membrana ( 13) , apropriada para a transmissão de forças e/ou estiramentos para os dispositivos de fixação pontual ( 15) .
Description
MÉTODO DE FIXAÇÃO DE UMA MEMBRANA PROTETORA À PROVA D'ÁGUA E SISTEMA DE FIXAÇÃO APROPRIADO PARA FIXAÇÃO DE UMA MEMBRANA PROTETORA À PROVA D'ÁGUA A presente invenção refere-se a coberturas à prova d'água para instalações hidráulicas tais como canais, túneis, barragens e similares, por uma membrana protetora à prova d'água de material de resina sintética ou material plástico, de forma geral, normalmente denominada "geomembrana" e, particularmente, refere-se a um método e um sistema de fixação pontual apropriado para transmitir para a mesma instalação hidráulica ou para o solo as forças e tensões que agem sobre a membrana causadas pelo fluxo de fluido.
Segundo um outro objeto da presente invenção, foram fornecidos um método e sistema de fixação para uma membrana protetora à prova d1água com construção simples e custo relativamente baixo, em comparação com sistemas de fixação convencionais e apropriados para suportar e transmitir para a estrutura de trabalho hidráulico e/ou para o solo, pelo mesmo sistema antiancoramento pontual, as forças geradas pela infiltração de fluidos causada por rompimentos acidentais da membrana e/ou pela ação dos ventos, sem prejudicar a membrana protetora e os pontos de fixação pontuais.
Segundo um objeto adicional da presente invenção, foi fornecido um sistema de fixação pontual que compreende um sistema de segurança e proteção apropriado ao longo das extremidades superiores de paredes laterais de um canal ou uma instalação hidráulica geral.
Breve Descrição da Invenção Os objetos mencionados acima podem ser obtidos por meio de um método de fixação pontual conforme a reivindicação 1 e por um sistema de fixação pontual conforme a reivindicação 3.
Particularmente, segundo uma primeira solução conforme a presente invenção, foi fornecido um método de fixação de uma membrana protetora de material plástico à prova d'água sobre uma extensão a ser coberta por uma estrutura hidráulica por dispositivos de fixação mecânica, caracterizado pelas etapas de: -fornecimento de uma série de dispositivos de fixação pontuais, em que cada qual compreende uma parte de ancoramento adaptada para penetração no trabalho hidráulico e/ou solo subjacente e uma parte de fixação de membrana que se estende a partir da parte de ancoramento do dispositivo de fixação; -penetração da parte de ancoramento na estrutura do trabalho hidráulico e/ou no solo, em que a parte de fixação de membrana estende-se para fora e os mencionados dispositivos de fixação definem uma série de posições de ancoramento pontual para a membrana protetora; -deposição da membrana protetora sobre a extensão a ser coberta, em que a parte de fixação de membrana dos dispositivos de fixação estende-se através de orifícios correspondentes na membrana; -posicionamento de vedações anulares e placas de trava adaptadas para fornecer uma grande extensão de contato anular sobre pelo menos um lado da membrana; e -ancoramento da membrana aos dispositivos de fixação pontual por meio de pressão por vedação da mesma membrana contra a extensão a ser coberta, em uma condição estirada para transmitir e distribuir qualquer força e/ou estiramento que exista sobre a membrana aos dispositivos de fixação pontual individuais.
Segundo a presente invenção, foi fornecido um sistema de fixação para fixar uma membrana protetora à prova d'água de material plástico, apropriado para cobrir extensões de trabalhos hidráulicos por meio do método mencionado acima, caracterizado por: -uma série de dispositivos de fixação pontual dispostos sobre uma extensão da estrutura hidráulica a ser coberta; -cada dispositivo de fixação pontual compreende um membro de ancoramento adaptado para penetrar na estrutura de concreto do trabalho hidráulico e/ou no solo e uma parte de fixação de membrana que se estende a partir do mencionado membro de ancoramento; -meios de vedação que podem ser encaixados com a parte de fixação de membrana dos membros de trava, adaptados e posicionados para fornecer uma área de contato anular de vedação e fricção sobre pelo menos um lado da membrana e compressão da mesma membrana contra a extensão da estrutura hidráulica.
Breve Descrição das Figuras As características mencionadas acima e outras do sistema e método de ancoramento pontual deverão ser explicadas mais claramente pela descrição a seguir com relação a alguns exemplos, com referência às figuras, nas quais: -a Fig. 1 é uma vista em seção cruzada de um canal, no qual a membrana protetora é fixada por um sistema de fixação pontual conforme a presente invenção; -a Fig. 2 é uma vista superior de um comprimento de canal da Fig. 1; -a Fig. 3 exibe, como exemplo, um primeiro dispositivo de fixação pontual de uma membrana ao longo das extremidades superiores de canal; -a Fig. 4 exibe um segundo dispositivo de fixação pontual, ao longo dos lados do banco do canal; -a Fig. 5 exibe uma terceira realização do dispositivo de fixação pontual; e -a Fig. 6 exibe uma quarta realização de fixação de uma membrana ao fundo de um canal.
Descrição Detalhada da Invenção Como se sabe, foram utilizadas no passado diversas soluções para a fixação, por meio da simples ação de fricção, de uma membrana protetora de material plástico contra uma extensão a ser protegida de uma instalação hidráulica, tal como uma superfície de barragem em contato com a água; um sistema de fixação deste tipo é descrito, por exemplo, em US-A-5.143.480. Além disso, EP-A-0775781 descreve um sistema protetor de canais, nos quais folhas de material sintético são fixadas por meio de pregos simples dirigidos no concreto ao longo das extremidades periféricas de um canal e nos quais a membrana protetora é mantida aderente à superfície do canal pela pressão da água isolada, fornecendo meios de lastro sobre o lado inferior.
Outros dispositivos de fixação são descritos, por exemplo, em US-A-4.129.007 e US-A-4.915.542.
No passado, esses sistemas de fixação demonstraram alguns problemas causados pela infiltração de água sob a membrana protetora, devido a cortes e/ou rompimentos causados na mesma membrana protetora; outras causas de rompimento compreendem a protuberância na membrana devido a pressões negativas geradas pela ação dos ventos. Em todos os casos, foram causados rompimentos perigosos e possíveis rasgos da membrana nas posições de ancoramento, pois os mencionados sistemas de fixação sofrem para transmitir eficientemente para a instalação hidráulica e/ou para o solo subjacente as tensões causadas pela força das águas e/ou dos ventos, sem prejudicar a integridade da membrana protetora e a ação de vedação nas zonas de ancoramento.
Além disso, a estrutura complexa de alguns sistemas de fixação utilizados anteriormente causou uma deposição protetora difícil e antieconômica da membrana protetora devido à necessidade de operação com máquinas e equipamentos grandes e pesados.
Durante a deposição de uma membrana protetora de material plástico sobre instalações hidráulicas utilizando sistemas de fixação convencionais, deve-se considerar ainda que, para projetar e instalar esses sistemas em condições hidroestáticas, não é necessário considerar as tensões da membrana protetora. Por outro lado, em aplicações hidrodinâmicas, é essencial estabelecer um sistema de fixação correta da membrana protetora para manter o melhor desempenho do sistema também no caso de lesões ocorridas na membrana. A presente invenção destina-se a fornecer um método e sistema de fixação para solucionar os problemas encontrados em sistemas de fixação convencionais que foram utilizados até o presente, apropriados para aplicação em condições hidroestáticas e hidrodinâmicas de_ trabalhos hidráulicos e para o ancoramento de uma membrana protetora a uma estrutura de concreto de uma instalação hidráulica e ao solo, garantindo uma distribuição apropriada de forças e tensões que agem sobre a mesma membrana protetora.
Particularmente, no exemplo da Figura 1, é exibida uma vista em seção cruzada de um canal 10 que possui lados de bancos 11 de concreto e um fundo 12 composto de solo ou de placas de concreto finas. A referência 13 na Figura 1 refere-se a uma membrana protetora de material plástico para os lados de bancos 11 e o fundo 12 do canal, fixada adequadamente para suportar e transmitir as forças e tensões que agem sobre a mesma membrana protetora 13 aos diversos pontos de fixação.
De forma geral, uma membrana protetora similar 13 compreende uma folha elasticamente flexível e extensível de material plástico, conhecida comumente como "geomembrana", fornecida por meio da conexão ou soldagem de muitas folhas plásticas, tais como de cloreto de polivinila (PVC) , polietileno de alta densidade (HDPE), polipropileno (PP) ou poliolefinas térmicas (TPO).
Dependendo das características do trabalho hidráulico e do material plástico de membrana protetora e condições hidráulicas, é necessário realizar uma seleção apropriada do sistema de fixação que deve ser adquado para distribuir e transmitir as forças e/ou as tensões que agem sobre a membrana protetora 13 para o solo e/ou a estrutura de concreto da instalação e que, ao mesmo tempo, sejam econômicas e de fácil realização.
Com base em alguns testes, observou-se que podem ser obtidos bons resultados utilizando um sistema de ancoramento em pontos estabelecidos, do tipo pontual, ou seja, utilizando dispositivos de fixação especiais localizados em pontos de uma extensão a ser, coberta, detalhadamente sobre os lados dos bancos laterais 11 e sobre o fundo 12 do canal 10, exibidos no exemplo das Figuras 1 e 2 .
Como será evidente a partir das figuras mencionadas acima, foi utilizado um sistema de fixação integrado que compreende uma série de dispositivos de fixação pontual sobre os lados dos bancos laterais de concreto e sobre o fundo 12; em que os diversos dispositivos de fixação são alinhados na direção de canal longitudinal do canal, ao longo de linhas de ancoramento paralelo.
Com mais detalhes, o sistema compreende uma série de dispositivos de fixação pontual 14 para a membrana protetora 13, fornecidos ao longo das extremidades superiores de lados de bancos laterais 11 do canal, tal como do tipo exibido na Figura 3. Além disso, o sistema compreende dois ou mais conjuntos de dispositivos de fixação pontual 15, distribuídos ao longo dos dois lados de bancos de canais, tais como do tipo exibido na Figura 4 ou 5, e um ou mais conjuntos de dispositivos de fixação pontual 16 distribuídos adequadamente sobre o fundo do canal 12.
No caso exibido nas Figuras 1 e 2, embora os dispositivos de fixação pontual 14 e 15 sejam adequados e dispostos para transmitir as forças diretamente para os lados do banco de concreto 11 do canal, no caso do fundo do canal 12, conforme exibido no exemplo da Figura 6, os dispositivos de fixação pontual 16 são adaptados e dispostos para transmissão direta das forças ao solo subjacente.
As Figuras 1 e 2 exibem ainda a presença de uma grade metálica de segurança 17 que possui aberturas largas, fixada ao longo das extremidades superiores; contrapesos apropriados, não exibidos, podem estar dispostos ao longo da extremidade superior da grade 17, que coopera para sustentar a membrana protetora 13 e fornecer um, meio, de _segurança apropriado ao qual uma pessoa que caia acidentalmente no canal possa segurar-se para subir e evitar que seja arrastada pelo fluxo de água.
Além disso, a Figura 1 demonstra que, no caso de rompimento da membrana protetora à prova d'água 13, tal como no caso de um corte cruzado ao longo da linha 1-1 na Figura 2 ou um corte orientado de forma diferente, a pressão da água que infiltra sob a membrana tenderá a abaular a mesma membrana, conforme exibido esquematicamente pelo algarismo de referência 13', na Figura 1, aplicando forças orientadas em diferentes direções que tenderão a rasgar e romper a membrana sobre alguns dispositivos de ancoramento pontual 15 e/ou 16.
Segundo a presente invenção, os dispositivos de fixação pontual 15 e 16 são adaptados para satisfazer exigências específicas: -primeira exigência de garantia de uma boa vedação hidráulica dos pontos de fixação da membrana; e -segunda exigência de resistência às forças de tensão, distribuindo-as adequadamente sobre a estrutura de trabalho hidráulico e/ou o solo subjacente. O que foi afirmado acima pode ser obtido adaptando-se os dispositivos de fixação 15 e 16 para que forneçam amplo contato anular e extensões de vedação em volta dos orifícios na membrana 13 cruzada pelos dispositivos de fixação; além disso, isso pode ser obtido adaptando-se ou utilizando-se os dispositivos de fixação pontual apropriados para oferecer ancoramento seguro à estrutura de trabalho hidráulico ou profundo ancoramento ao solo.
Dependendo das características mecânicas da membrana 13, sua espessura e velocidade de fluxo hidráulico, é muito importante definir uma disposição correta e espaço recíproco entre os diversos dispositivos de fixação. Com canais à prova d'água com membranas.protetoras 13 que possuem espessura mínima de cerca de 2 mm com baixo módulo de elasticidade abaixo de 25 N/mm2 nas direções transversal e longitudinal, conforme o padrão DIN EN ISO 527-1/3 e com fluxo de água que possui velocidade de cerca de 6 m/seg ou menos, por exemplo, foram obtidos bons resultados por meio do fornecimento de espaços entre os dispositivos de fixação com comprimento de 0,5 a 3 m.
Alguns tipos de dispositivos de fixação são exibidos nos exemplos das Figuras 3 a 6; particularmente, o exemplo da Figura 3 refere-se aos dispositivos de fixação 14 utilizados sobre as extremidades laterais das membranas 13. O dispositivo 14 inclui uma viga 18 que possui aletas expansíveis 18' ancorado em um orifício no lado do banco de concreto 11 que eventualmente também se estende para o solo subjacente conforme a força de ancoramento necessária. Neste caso, a extremidade da membrana 13 é fixada e empurrada de forma vedante contra a superfície 19 do lado do banco de canal 11 ou, mais geralmente, contra uma extensão de trabalho hidráulico, utilizando meios de trava fornecidos por uma barra de seção plana 20, uma arruela de vedação anular 21 posicionada entre a extremidade da membrana 13 e a superfície subjacente 19 e um parafuso 22 rosqueado na extremidade superior da viga de ancoramento 18. Conforme exibido no detalhe ampliado da Figura 3, as dimensões da barra de seção plana 20 e da arruela 21 são apropriadas para fornecer uma extensão de vedação anular ampla em volta do orifício 13, tal como três vezes maior ou mais que o orifício 13 da mesma membrana, para aplicar uma força de fricção alta sobre um ou os dois lados da mesma membrana 13. A Figura 4 exibe um detalheampliado de um segundo dispositivo de fixação 15 do tipo químico, apropriado para ancoramento da membrana a uma superfície de concreto de um trabalho hidráulico; o dispositivo, de forma bem_conhecida, compreende um elemento de ancoramento na forma de viga 23 que se estende para uma cobertura 24 que sustenta uma mistura de resina de composição química em um orifício feito na parede de concreto 11. A viga 23, além de representar o elemento de ancoramento, possui a sua parte superior 23' estendendo-se para cima para permitir uma fixação por vedação da membrana 13. Neste caso, a membrana 13 é fixada de forma vedante por um dispositivo de vedação que compreende uma placa metálica inferior 25, uma placa metálica superior 26 e duas arruelas anulares 27, 28 sobre lados opostos da membrana 13; uma barra metálica eventual 31 que possui seção em forma de U, estende-se longitudinalmente e é fixada entre dispositivos de ancoramento 15 alinhados na direção longitudinal do canal, para distribuição das tensões e forças para dois ou mais dispositivos de fixação contíguos. A montagem de placas de trava, de arruelas anulares e de barra de seção metálica é prensada de forma vedante contra uma camada de drenagem de água 30 de material têxtil, disposta entre a membrana 13 e a superfície 19, por uma porca 29 rosqueada sobre a extremidade protuberante 23' da viga de ancoramento 23.
Também neste caso, a montagem de placas de trava 25, 26 e das arruelas 27 e 28 é apropriada para fornecer uma ampla superfície de contato anular sobre os dois lados da membrana 13 apropriada para garantir a vedação à prova d'água necessária, força de fricção e ação de trava mecânica pela viga 23, apropriada para transmitir as forças aplicadas à membrana 13, sem prejudicar esta última, para todos os dispositivos de fixação.
Por fim, a Figura 4 exibe^ a possibilidade de pobrir os diversos dispositivos de fixação, alinhados ao longo do canal com uma faixa protetora 13' com o mesmo material plástico da membrana .13, soldada sobre ..as extremidades laterais e unindo a barra de seção metálica 31. A Figura 5 exibe uma possível realização adicional do dispositivo de ancoramento 15, sempre apropriado para ancoramento a uma parede de concreto de instalações hidráulicas. O dispositivo 15 na Figura 5 compreende um elemento tubular 32 que possui aletas externas, encaixadas em um orifício 33 maior que o elemento 32; o elemento tubular com aletas 32 é embutido em seguida em uma argamassa de cimento 34 que pode ser despejada ou injetada através do mesmo elemento tubular 32 ou por meio de um outro método.
Também neste caso, uma viga 35 rosqueado no elemento tubular 32 fornece uma parte de ancoramento 35 que se estende do elemento tubular 32 para o lado externo para ancoramento da membrana 13; neste caso, a parte de ancoramento 35' compreende um parafuso rosqueado ao elemento tubular 32. Na Figura 5, os mesmos algarismos de referência da Figura 4 foram utilizados para exibir partes similares ou equivalentes.
Por outro lado, a Figura 6 exibe o uso de um dispositivo de fixação para um ancoramento profundo diretamente no solo, quando a superfície 2 9 do solo for feita com cascalho ou quando a espessura de concreto for extremamente reduzida. No caso da Figura 6, o dispositivo de fixação compreende um membro de ancoramento moldado 36 suspenso a um tirante 4 0 e adaptado para que seja empurrado e penetre até uma profundidade desejada no solo 37; o membro de ancoramento 3 6 é suspenso em 3 8 por um membro de forquilha 3 9 na extremidade frontal do tirante 40, cuja extremidade traseira 40' estende-se para cima através de um orifício na membrana protetora 13; o tirante 40 pode ser fornecida por uma vara metálica ou por um cabo. Novamente, os componentes de vedação do dispositivo de ancoramento fornecido para impermeabilizar de forma vedante a _ membrana „13 foram „ indicados pelos mesmos algarismos de referência das figuras acima.
Segundo o método e sistema de ancoramento pontual conforme a presnte invenção, nas posições dos diversos pontos de fixação de membrana 13, é fornecido um dispositivo de fixação pontual 15 e/ou 16, cujos membros de ancoramento 23, 32 ou 3 6 são encaixados na parede de concreto e/ou no solo por uma profundidade previamente fixada, com uma parte de fixação de membranas 23', 35 ou 40' protuberando-se parcialmente para fora. A membrana protetora 13, equipada com orifícios apropriados para o elemento de fixação, é depositada sobre a superfície a ser coberta, após o posicionamento das placas 25 e das arruelas inferiores 27. Em seguida, são posicionadas as arruelas superiores 28, as placas 26 e as barras de seção metálica 31, travando todo o conjunto com a porca 29. Desta forma, a membrana 13 é travada de forma vedante sobre os dois lados entre as superfícies de contato de arruelas travadas entre as duas placas; além disso, a membrana 13 é estirada elasticamente e empurrada contra a superfície 19 do solo e/ou parede de concreto; desta forma, é possível distribuir e transmitir para o solo e/ou estrutura hidráulica todas as forças e tensões que agem sobre a membrana por meio dos diversos dispositivos de fixação pontual.
Dever-se-á compreender que o que foi descrito e exibido nas figuras anexas foi fornecido apenas com fins ilustrativos de algumas realizações preferidas e que o sistema de fixação pontual conforme a presente invenção pode ser aplicado de qualquer forma e utilizado de maneira diferente para fixação de um protetor a qualquer instalação hidráulica, sem abandonar as reivindicações.
Reivindicações
Claims (5)
1. Método de fixação de uma membrana protetora à prova d'água (13) de folha elasticamente flexível e extensível de material plástico sobre uma extensão de área de superfície (11, 12) a ser coberta de uma instalação hidráulica (10) por dispositivos mecânicos de fixação (14, 15, 16), em que compreende as etapas de: a) prover uma série de dispositivos de fixação ponual (14, 15, 16), cada qual compreendendo parte de ancoramento (18, 23, 32, 40) adaptada para penetrar na estrutura hidráulica (10) ou no solo subjacente (37), e uma parte de fixação de membrana (22, 23', 35', 40') do dispositivo de fixação pontual (14, 15, 16); b) penetração da parte de ancoramento (18, 23, 35, 40) na estrutura hidráulica (10) ou no solo (37; c) deposição da membrana protetora (13) sobre a extensão (11, 12) a ser cobertacom a parte de fixação de membrana (22, 23', 35', 40') dos dispositivos de fixação (14, 15, 16) estendendo-se através de orifícios correspondentes na membrana (13); caracterizado por: d) a definição de uma série de posições de ancoramento pontual para a membrana protetora (13) pelo dispositivo de fixação individual (14, 15, 16); e) o posicionamento das vedações anulares (27, 28) e placas de trava (25, 26) com uma superfície de fricção anular, para prover uma área de superfície de contato anular de fricção e vedação em um lado da membrana (13); e f) o ancoramento da membrana (13) aos dispositivos de fixação pontual individuais (14, 15, 16) por meio de pressão vedante da membrana (13) contra a extensão (11, 12) a ser coberta em condição estirada, para transmitir e distribuir qualquer força e tensão que atue sobre a membrana (13) para os dispositivos de fixação pontual individuais (14, 15, 16) e para a estrutura hidráulica (10) ou para o solo (37) através das vedações anulares (27, 28) e das placas de trava (25, 26).
2. Método conforme a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que conecta pelo menos uma parte dos dispositivos de fixação pontual (14, 15, 16) a um elemento de barra de seção (31).
3. Sistema de fixação apropriado para fixação de uma membrana protetora à prova d'água (13) em folhas elasticamente flexíveis e extensíveis de material plástico sobre uma extensão inferior e/ou lateral (11, 12) de instalações hidráulicas (10) por meio do método conforme definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende: - uma série de dispositivos de fixação pontual (14, 15, 16) dispostos longitudinalmente ao longo de linhas de ancoramento que se estendem paralelamente; em que os mencionados dispositivos de fixação pontual (14, 15, 16) são selecionáveis a partir de dispositivos de fixação que compreendem, individualmente ou em combinação: - um cravo de âncora (18) que possui asas expansíveis (18'); - um cravo (23) que se estende para uma cobertura (24) que compreende uma mistura química decantável; - um cravo (35) rosqueável em um elemento tubular (32) que possui barbatanas externas embutidas em uma argamassa de cimento (34); - um tirante (4 0) que possui um membro de ancoramento moldado (36) articulado ao mesmo tirante (40) .
4. Sistema de fixação conforme a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende um elemento de barra de seção (31) que conecta os dispositivos de fixação pontual (15, 16) dispostos de forma contígua sobre uma linha de ancoramento.
5. Sistema de fixação conforme a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende uma grade (17) fixada ao longo de pelo menos uma parte de uma extremidade periférica da membrana protetora (13).
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