PT104312A - Método e blocos de betão não armado para contrução de obras de arte em arco - Google Patents

Abstract

O INVENTO É UM NOVO MÉTODO DE CONSTRUÇÃO DE PONTES, TÚNEIS, GALERIAS, PASSAGENS INFERIORES OU SUPERIORES, PASSAGENS HIDRÁULICAS E PASSAGENS AGRÍCOLAS, EM ARCO USANDO A ALVENARIA COMO SISTEMA ESTRUTURAL E O BETÃO COMO SEU MATERIAL CONSTITUINTE. A PARTIR DE BLOCOS OU ADUELAS DE BETÃO (4) PRÉ-FABRICADAS EM FÁBRICA OU EM ESTALEIRO SEGUNDO DIMENSÕES PRÉ-ESTABELECIDAS PARA CADA APLICAÇÃO ESPECÍFICA, SÃO CONSTRUÍDOS ARCOS PARA PONTES OU PASSAGENS UTILIZANDO UM SISTEMA DE CIMBRE METÁLICO, QUE COMPREENDE UMA ROSETA CENTRAL (1), ESCORAS (2) E VIGAS DE COFRAGEM (3), PARA POSICIONAMENTO DAS REFERIDAS ADUELAS (4).

Description

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DESCRIÇÃO "MÉTODO E BLOCOS DE BETÃO NÃO ARMADO PARA CONSTRUÇÃO DE OBRAS DE ARTE EM ARCO"

Domínio técnico da invenção A presente invenção diz respeito à construção de obras de arte em arco, usando a alvenaria como sistema estrutural, aduelas ou blocos de betão pré-fabricadas (4), segundo dimensões pré-estabelecidas, um sistema de cimbre metálico, que compreende uma roseta central (1), escoras (2) e vigas de cofragem (3), para posicionamento das referidas aduelas (4), e grampos ou ferrolhos removíveis (9) para elevação das referidas aduelas (4).

Antecedentes da Invenção

As pontes de alvenaria em arco são geralmente compostas por blocos de pedra ou cerâmica, dispostas de forma a formarem um arco. Quando são de pedra, as aduelas têm uma forma de cunha truncada com uma face côncava (que compõe o intradorso) e uma convexa (que compõe o extradorso), paralelas entre si. Quando são de tijolo maciço, este apresenta uma geometria paralelepipédica. 0 processo de construção em arco envolve execução de cimbres de forma curva apoiados no solo ou nos pilares sobre o qual são colocadas as aduelas, assentes com junta seca ou junta argamassada. Após colocação de todos os elementos do arco o cimbre é removido. Os métodos e materiais de construção tradicionais são de domínio público.

Existem no mercado diversas soluções pré-fabricadas em betão para pontes ou passagens. Estas são compostas por elementos de betão armado com comportamento estrutural de 2 casca. São exemplo disso os produtos comercializados pela Pavicentro - Pré-fabricação S.A., nomeadamente elementos de betão pré-fabricado para construção de túneis pré-fabricados, passagens agrícolas e hidráulicas, com secção abobadada ou secção rectangular assim como secção abobadada aberta para aplicações de grandes dimensões. A construção de elementos de betão pré-fabricado para passagens hidráulicas também conhecidos pela sua nomenclatura inglesa "box culvert", são produzidos por muitas outras empresas nacionais e internacionais.

As principais diferenças entre os produtos mencionados e a invenção apresentada assentam no sistema estrutural, materiais e método construtivo. Relativamente ao sistema estrutural, os produtos comerciais referidos funcionam como uma casca, capazes de resistir a esforços de membrana, de corte e de flexão. A invenção comporta-se como um arco de alvenaria, resistindo sobretudo a esforços axiais de compressão. É uma estrutura três vezes hiperestática capaz de acomodar deformações e adaptar-se a determinados carregamentos através da abertura das suas juntas. No que toca aos materiais utilizados, os produtos comerciais já referidos são compostos por betão armado, ou seja, composto por armaduras de aço embebidas no betão, conferindo às peças a possibilidade de resistirem a esforços axiais de tracção e a esforços de flexão. As peças de alvenaria do invento por sua vez são compostas apenas por betão simples com o intuito de resistir sobretudo a acções de compressão. A utilização de cimbres na construção de arcos é de domínio público, no entanto existem soluções comerciais específicas compostas por escoras e elementos metálicos que compõem uma linha curva sobre a qual são aplicadas vigas de cofragem e 3 outros elementos de madeira de cofragem formando uma superfície curva, nomeadamente o produto GRV Articulated Waler comercializado pela PERI Gmbh - Formwork Scaffolding Engineering. 0 sistema de cimbre proposto pelo invento elimina a necessidade de utilização de superfícies curvas e elementos articulados, utilizando apenas escoras que suportam as vigas de cofragem que por sua vez são aplicadas sobre as juntas horizontais das várias fiadas para suporte das aduelas. 0 invento apresentado é inovador em termos de geometria das aduelas, utilização de betão simples em alvenaria não reforçada e aplicação simplificada e aproximada dos métodos tradicionais com junta seca ou argamassada. A utilização do betão simples como material principal na execução dos arcos, sem a adição de qualquer tipo de aço visa evitar fenómenos de degradação gerados pela corrosão do aço. Podem ser utilizados outros materiais baseados no betão desde que garantam a segurança da estrutura a desenvolver. É fortemente sugerida a utilização de resíduos da construção e demolição na execução do betão em prole de uma construção responsável e sustentável. 0 documento US005444948A intitulado "Adjustable Arch Support" divulga um sistema de cimbre vertical com apoio individual de cada aduela enquanto a presente invenção apresenta escoras radiais aplicadas nas juntas, o que permite um menor número de elementos de suporte. 0 documento US005584159A intitulado "Masonry Arch Support Apparatus and Method" divulga a construção em arco com sistema de cimbre em que o assentamento de tijolos se dá contra uma superfície ou elemento curvo, enquanto que na 4 presente invenção existe apoio das aduelas ao cimbre apenas nas juntas, o que permite um cimbre mais simples, leve e económico. 0 documento US2003159370-A1 descreve um sistema constituído por blocos de betão simples pré-fabricados com aplicação em passagens inferiores ou superiores, hidráulicas ou agrícolas. No entanto, os blocos têm um sistema de encaixe entre eles, havendo 3 tipos de blocos, arranque, meio e de fecho. 0 sistema de encaixe tem como função evitar o deslizamento entre blocos e facilitar a montagem. Não está previsto um sistema de suporte, cimbre, em forma de roseta, alternativamente os blocos são ancorados, temporária ou definitivamente, a blocos colocados no extradorso do arco. Os grampos metálicos utilizados não são amovíveis. 0 intradorso do arco não é côncavo, não resultando num aspecto de arco circular. 0 documento JP2001248397-A revela uma cofragem para revestimento em betão da parede interior de um túnel, mas não são utilizados nem blocos de dimensões especificadas nem um cimbre em forma de roseta. 0 documento JP2006161328-A revela um abrigo pré-betonado contra queda de pedras em forma de arco e respectivo método de construção que se baseia na justaposição de um conjunto de elementos que se encontram divididos segundo direcções axiais e longitudinais. Não apresenta igualmente qualquer referência à utilização de blocos de betão com uma face côncava nem a utilização de cimbre em forma de roseta. Outra diferença fundamental é que neste documento os elementos pré-fabricados são obrigatoriamente em betão armado. Por outro lado, devido à dimensão dos elementos 5 referidos em JP2006161328-A, o seu transporte e montagem terão de ser realizados por equipamentos de maior dimensão. 0 comportamento das estruturas a que se refere essa patente será muito mais em casca que em arco como se pretende com a presente invenção. 0 documento KR20040018002-A revela um túnel em arco pré-fabricado e respectivo método de construção que recorre à utilização de um elemento unitário apoiado numa base em betão, mas sempre sem referir blocos em betão com face côncava nem a utilização de um cimbre em forma de roseta. Acrescenta-se que uma outra significativa diferença é que os elementos pré-fabricados são obrigatoriamente em betão armado. Por outro lado, devido à dimensão dos elementos na patente referida no documento KR20040018002-A, o seu transporte e montagem terão de ser realizados por equipamentos de maior dimensão. 0 comportamento das estruturas a que se refere essa patente será muito mais em casca que em arco como se pretende com a patente pretendida.

Sumário da invenção A presente invenção descreve um método de construção em arco de pontes, túneis, galerias, passagens inferiores ou superiores, passagens hidráulicas e passagens agrícolas com aduelas (4), mais concretamente blocos de betão não armado (4) . A presente invenção descreve ainda aduelas (4), mais concretamente blocos pré-fabricados de betão não armado (4) para construção em arco caracterizados por terem forma em cunha truncada com uma face côncava para montagem por alvenaria. 6 0 referido método é caracterizado pela montagem do arco por sistema de cimbre que compreende escoras (2) apoiadas na fundação a meio vão do referido arco, em que o apoio superior das referidas escoras (2) se situa nas juntas transversais do arco.

Numa realização preferencial da presente invenção, as referidas escoras (2) são apoiadas numa roseta (1) na fundação a meio vão do referido arco.

Numa realização ainda mais preferencial da presente invenção, a referida roseta (1) possui aberturas (16) que correspondem aos ângulos desejados entre as escoras.

Numa outra realização preferencial da presente invenção, as referidas escoras (2) apoiam vigas de cofragem (3) posicionadas no local onde se situam as juntas transversais do arco.

Numa realização igualmente preferencial da presente invenção, utilizam-se blocos pré-fabricados (4), com forma em cunha truncada com uma face côncava.

Numa realização preferencial da presente invenção, os referidos blocos (4) são de betão simples, sem incorporação de qualquer armadura.

Numa realização ainda mais preferencial da presente invenção, utilizam-se grampos (9) para aplicação nos blocos (4), removíveis, de forma a poder elevar os blocos (4) através de meios mecânicos. 7

Numa outra realização ainda mais preferencial da presente invenção, os referidos grampos (9) colocados na face superior da peça, funcionando estes como dois focos de uma elipse (14a, 14b) permitindo determinar o comprimento de cada correia elevatória (15a, 15b) e obter a inclinação pretendida (14b, 15b) na colocação das aduelas (4) em obra.

Como já referido, a presente invenção descreve ainda blocos pré-fabricados (4) de betão não armado para construção em arco caracterizados por terem forma em cunha truncada com uma face côncava para montagem por alvenaria.

Numa realização preferencial da presente invenção, os referidos blocos (4) são de betão simples, sem incorporação de qualquer armadura.

Numa realização ainda mais preferencial da presente invenção, os blocos (4) compreendem grampos (9), removíveis, de forma a poder elevar os blocos (4) através de meios mecânicos.

Numa outra realização ainda mais preferencial da presente invenção, os referidos grampos (9) são colocados na face superior da peça, funcionando estes como dois focos de uma elipse (14a, 14b) permitindo determinar o comprimento de cada correia elevatória (15a, 15b) e obter a inclinação pretendida (14b, 15b) na colocação das aduelas (4) em obra.

Numa outra realização, mas igualmente preferencial da presente invenção, os blocos (4) são montados em arco por sistema de cimbre que compreende escoras (2) apoiadas numa roseta (1) na fundação a meio vão do referido arco , em que o apoio superior das referidas escoras (2) se situa nas 8 juntas transversais dos blocos (4), e a referida roseta (1) garante que os ângulos entre as escoras (2) são os desejados. A presente invenção descreve ainda um sistema de cimbre para construção em arco com blocos pré-fabricados (4) caracterizado por compreender uma roseta (1) na fundação a meio vão do referido arco, com encaixes, preferencialmente aberturas (16), para colocação de escoras (2), em que a localização dos encaixes correspondem aos ângulos desejados para cada escora (2).

Uma realização preferencial compreende adicionalmente escoras (2), apoiadas na referida roseta (1) em que o apoio superior das referidas escoras (2) se situa nas juntas transversais do arco.

Uma realização mais preferencial compreende adicionalmente vigas de cofragem (3), posicionadas no local onde se situam as juntas transversais do arco, que se apoiam nas referidas escoras (2).

As peças de alvenaria (4) da presente invenção são compostas apenas por betão simples, podendo ser utilizados outros materiais baseados no betão desde que garantam a segurança da estrutura a desenvolver, como resíduos da construção e demolição em prole de uma construção responsável e sustentável. 0 sistema de cimbre proposto elimina a necessidade de utilização de superfícies curvas e elementos articulados, utilizando apenas escoras (2) que suportam as vigas de 9 cofragem (3) que por sua vez são aplicadas sobre as juntas horizontais das várias fiadas para suporte das aduelas (4).

Trata-se de um cimbre mais simples, leve e económico.

Este é na sua globalidade um sistema de fácil montagem, que permite uma construção mais rápida do arco.

Descrição das Figuras

Para uma mais fácil compreensão da invenção juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais do invento que, contudo, não pretendem, limitar o objecto da presente invenção.

Figura 1: Representação esquemática do sistema de cimbre para suporte das cargas e para o posicionamento das aduelas (4), através de escoras (2) concorrentes apoiadas numa roseta (1) num ponto a meio vão e com um comprimento igual ao raio do intradorso, em contacto com vigas de cofragem (3) colocadas nas juntas transversais das aduelas (4).

Figura 2: Representação esquemática de um arco (5) para uma realização preferencial para vãos de 4 m.

Figura 3: Representação esquemática de um arco (6) para uma realização preferencial para vãos de 9 m.

Figura 4: Representação esquemática de um arco (7) para uma realização preferencial para vãos de 12 m.

Figura 5: Representação esquemática da geometria da secção vertical longitudinal de uma aduela (4). As aduelas (4) 10 apresentam uma geometria composta por 5 faces planas e uma face curva. As aduelas (4) de um arco têm igual geometria.

Figura 6: Representação esquemática de cofragem (8) para aduela (4). Podem ser betonadas em fábrica ou em estaleiro, devendo estar fabricadas na altura de execução do arco.

Figura 7: Representação esquemática de grampos metálicos (9) para aplicação nas aduelas (4), possíveis de ser removidos de forma a poder elevar as aduelas (4) através de meios mecânicos.

Figura 8: Representação esquemática do arranjo de alvenaria prescrito (10a, 10b). Para poder efectuar um assentamento de blocos (4) com junta vertical desfasada é preciso recorrer a blocos (11) cuja profundidade é metade de um bloco inteiro (4).

Figura 9: Representação esquemática de blocos (12a, 12b, 12c, 12d) para aplicação nas extremidades dos arcos, tendo a face destes blocos exposta para o exterior da obra de arte uma geometria particular.

Figura 10: Representação esquemática de uma estrutura em arco (13) com aspecto similar ao de um arco de alvenaria tradicional, recorrendo-se a blocos de extremidade no exterior da obra (12a, 12b, 12c, 12d).

Figura 11: Representação esquemática de blocos (4) com grampos colocados na face superior do bloco, funcionando estes como dois focos de uma elipse (14a, 14b) permitindo determinar o comprimento de cada correia (15a, 15b) e obter 11 a inclinação pretendida (14b, 15b) na colocação das aduelas (4) .

Figura 12: Representação esquemática de uma roseta (1) com os furos (16) efectuados no ângulo desejado, garantindo os ângulos entre prumos desejados, sendo necessário apenas encaixar as escoras na própria obra.

Descrição da invenção 0 invento é composto pelos elementos e seu modo de aplicação para construção de obras de arte de alvenaria em arco. A invenção comporta-se como um arco de alvenaria, resistindo sobretudo a esforços axiais de compressão sendo também uma estrutura três vezes hiperestática capaz de acomodar deformações e adaptar-se a determinados carregamentos através de abertura das suas juntas. No que toca aos materiais utilizados, as peças de alvenaria do invento por sua vez são compostas apenas por betão simples com o intuito de resistir sobretudo a acções de compressão. Podem ser utilizados outros materiais baseados no betão desde que garantam a segurança da estrutura a desenvolver. É fortemente sugerida a utilização de resíduos da construção e demolição na execução do betão em prole de uma construção responsável e sustentável. 0 sistema de cimbre proposto pelo inventor elimina a necessidade de utilização de superfícies curvas e elementos articulados, utilizando apenas escoras (2) que suportam as vigas de cofragem (3) que por sua vez são aplicadas sobre as juntas horizontais das várias fiadas para suporte das aduelas (4), ver Fig. 1. 12

As aduelas (4) apresentam uma geometria diferente para cada vão, em função da geometria da obra de arte a que se destinam. Esta geometria é dimensionada tendo em conta os casos de carga presentes na legislação com um mínimo de 1 m de terras sobre o topo do arco. Podem ser construídos arcos mais abatidos reduzindo o número de aduelas (4) por arco até um mínimo de 3 aduelas ou razão vão/flecha inferior a 6. Os arcos podem ainda ser elevados de forma a garantir os gabaritos regulamentares. São apresentadas três soluções a termo de exemplo para vãos de 4 m, 9 m e 12m (Figs. 2 a 4, tabelas 1 a 3).

Tabela 1: Flecha e razão vão/flecha para cada vão a partir da configuração de 4 m. Vão Flecha vão/flecha m m 4, 00 2, 00 2, 00 3, 60 1, 13 3, 19 2, 49 0, 44 5, 66

Tabela 2: Flecha e razão vão/flecha para cada vão a partir da configuração de 9 m. Vão Flecha vão/flecha m m 9, 00 4, 50 2, 00 8, 64 3, 23 2, 67 13 7, 57 2, 07 3, 66 5, 89 1, 10 5, 35

Tabela 3: Flecha e razão vão/flecha para cada vão a partir da configuração de 12 m. Vão Flecha vão/flecha m m 12, 00 6, 00 2, 00 11, 74 4, 75 2, 47 10, 96 3,56 3, 08 9, 71 2, 47 3, 93 8, 03 1,54 5,21

As aduelas (4) apresentam uma geometria composta por 5 faces planas e uma face curva (Fig. 5) . As aduelas (4) de um arco têm igual geometria. Estas são betonadas em cofragens metálicas (8) executadas para o efeito. Podem ser betonadas em fábrica ou em estaleiro, devendo estar fabricadas na altura de execução do arco. A face curva é a face inferior da cofragem (8) (Fig. 6). São aplicados grampos metálicos (9) nas aduelas (4), possíveis de ser removidos de forma a poder elevar as aduelas (4) através de meios mecânicos (Fig. 7).

Para poder efectuar um assentamento de blocos (4) com junta vertical desfasada é preciso recorrer a blocos (11) cuja profundidade é metade de um bloco inteiro (4) (Fig. 8). Para a execução de um arco com aspecto exterior similar ao de um arco de alvenaria tradicional, pode-se recorrer a blocos (12a, 12b, 12c, 12d) com duas faces curvas aplicados nas extremidades dos arcos, sendo a face que fica virada para o exterior a face inferior na cofragem (Figs. 9 e 10). 14

As aduelas (4) são assentes com junta vertical desfasada, sendo o recurso a argamassa não obrigatório, mas recomendado para uma melhor distribuição de tensões. A rotação das peças enquanto elevadas para garantir a inclinação desejada podia revelar-se um problema na execução da invenção. 0 problema é resolvido pela utilização de correias ou correntes (15a, 15b) cujo comprimento para cada um dos grampos (9) é fixo e determinado para obter a inclinação desejada. Considerando dois grampos (9) colocados na face superior da peça, estes funcionam como dois focos de uma elipse (14a, 14b) permitindo determinar o comprimento de cada correia para obter a inclinação pretendida (14b, 15b) na peça (Fig. 11).

Foi idealizado um sistema cimbre para suporte das cargas e para o posicionamento das aduelas (4). Este é composto por escoras metálicas concorrentes (2) apoiadas num ponto a meio vão e com um comprimento igual ao raio de intradorso do arco. Os prumos (2) contactam com as aduelas (4) nas juntas horizontais (Fig. 1) . Os ângulos entre prumos (2) são garantidos através de uma roseta (1) com os furos (16) efectuados no ângulo desejado, sendo necessário apenas encaixar as escoras (2) na obra (Fig. 12) . Este é um sistema de fácil montagem, que permite uma construção mais rápida do arco. 15

Lisboa, 29 de Março de 2010

Claims (15)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Método de construção em arco de pontes, túneis, galerias, passagens inferiores ou superiores, passagens hidráulicas e passagens agrícolas com aduelas ou blocos pré-fabricados (4) caracterizado por a montagem do referido arco ser por sistema de cimbre que compreende colocar escoras (2) apoiadas numa roseta (1) na fundação a meio vão do referido arco, em que o apoio superior das referidas escoras (2) se situa nas juntas transversais dos blocos (4) do referido arco.

2. Método de construção em arco de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por colocar as referidas escoras (2) apoiadas na referida roseta (1) em aberturas (16) que correspondem aos ângulos desejados para cada escora (2).

3. Método de construção em arco de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por compreender a colocação das referidas escoras (2) apoiando vigas de cofragem (3) posicionadas no local onde se situam as juntas transversais do arco.

4. Método de construção em arco de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por utilizar blocos pré-fabricados (4), com forma em cunha truncada com uma face côncava.

5. Método de construção em arco de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por os referidos blocos (4) serem de betão simples, sem incorporação de qualquer armadura. 2

6. Método de construção em arco de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por utilizar grampos metálicos (9) para aplicação nos blocos (4), removíveis, de forma a poder elevar os blocos (4) através de meios mecânicos com recurso a correias de comprimento variável (15a, 15b).

7. Método de construção em arco de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por utilizar os referidos grampos (9) colocados na face superior da peça (4), funcionando estes como dois focos de uma elipse (14a, 14b) permitindo determinar o comprimento de cada correia elevatória e obter a inclinação pretendida (14b, 15b) na colocação das aduelas (4) em obra.

8. Blocos pré-fabricados (4) para construção em arco de pontes, túneis, galerias, passagens inferiores ou superiores, passagens hidráulicas e passagens agrícolas caracterizados por terem forma em cunha truncada com uma face inferior côncava para montagem por alvenaria conforme os métodos referidos nas reivindicações anteriores.

9. Blocos pré-fabricados (4) para construção em arco de acordo com a reivindicação anterior caracterizados por os referidos blocos (4) serem de betão simples, sem incorporação de qualquer armadura.

10. Blocos pré-fabricados (4) para construção em arco de acordo com a reivindicação anterior caracterizados por compreenderem grampos (9) para aplicação nos referidos 3 blocos (4), removíveis, de forma a poder elevar os blocos (4) através de meios mecânicos.

11. Blocos pré-fabricados (4) para construção em arco de acordo com a reivindicação anterior caracterizados por utilizar os referidos grampos (9) colocados na face superior da peça (4), funcionando estes como dois focos de uma elipse (14a, 14b) permitindo determinar o comprimento de cada correia elevatória (15a, 15b) e obter a inclinação pretendida (14b, 15b) na colocação das aduelas (4) em obra.

12. Blocos pré-f abricados (4) para construção em arco de acordo com as reivindicações 8-11 caracterizados por serem aptos a ser montados em arco por sistema de cimbre que compreende escoras (2) apoiadas numa roseta (1) na fundação a meio vão do referido arco, em que o apoio superior das referidas escoras (2) se situa nas juntas transversais dos blocos com recurso a uma viga de cofragem (3), e a referida roseta (1) garante os ângulos desejados para cada escora.

13. Sistema de cimbre para construção em arco com blocos pré-fabricados (4) caracterizado por compreender uma roseta (1) na fundação a meio vão do referido arco, com encaixes, preferencialmente aberturas (16), para colocação de escoras (2), em que a localização dos encaixes correspondem aos ângulos desejados para cada escora (2).

14. Sistema de cimbre para construção em arco com blocos pré-fabricados (4) de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por compreender adicionalmente 4 escoras (2), apoiadas na referida roseta (1) e o apoio superior das referidas escoras (2) se situa nas juntas transversais do arco.

15. Sistema de cimbre para construção em arco com blocos pré-fabricados (4) de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por compreender vigas de cofragem (3), posicionadas no local onde se situam as juntas transversais do arco, que se apoiam nas referidas escoras (2). Lisboa, 29 de Março de 2010