PT107105A - Sistema de muro em solo reforçado com meios de monitorização e controlo eletrónicos - Google Patents

Abstract

O PRESENTE INVENTO INSERE-SE NO DOMÍNIO DAS ESTRUTURAS DE SOLO REFORÇADO. O SISTEMA É UM MURO DE SOLO REFORÇADO QUE INCORPORA DISPOSITIVOS DE MONITORIZAÇÃO (9) ASSOCIADOS A SOFTWARE DE CÁLCULO (10), QUE AO MONITORIZAREM E REGISTAREM AS DEFORMAÇÕES OCORRIDAS, DURANTE E APÓS A CONSTRUÇÃO, PERMITEM ALTERAR O PROJETO E A CONSTRUÇÃO EM FUNÇÃO DOS VALORES REGISTADOS. O SISTEMA UTILIZA REFORÇOS (2) LINEARES METÁLICOS RUGOSOS, DE ALTA ADERÊNCIA E ALTO DESEMPENHO, E PAINÉIS DE PARAMENTO (3) PRÉ-FABRICADOS EM BETÃO DE GRANDE ALTURA. AO SEREM INTRODUZIDAS ALTERAÇÕES AO NÍVEL DO CONTROLO SOBRE AS DEFORMAÇÕES DO MACIÇO (1) E AO NÍVEL DOS REFORÇOS (2) E DO PARAMENTO (3), SÃO CONTROLADAS E MINIMIZADAS AS DEFORMAÇÕES, É POTENCIADA A INTERAÇÃO SOLO-REFORÇO, É AUMENTADA A RESISTÊNCIA INTERNA DOS REFORÇOS E É AGILIZADA A EXECUÇÃO DO MURO.

Description

DESCRIÇÃO

Sistema de muro em solo reforçado com meios de monitorização e controlo eletrónicos

Domínio Técnico da Invenção 0 presente invento insere-se no dominio das estruturas de solo reforçado. Sendo um muro de solo reforçado, é uma estrutura flexivel de contenção cujo funcionamento se baseia na interação solo-reforço. A invenção pretende minimizar e controlar as deformações associadas a este tipo de estruturas, monitorizando e registando as deformações ocorridas, durante e após a construção, através da incorporação de dispositivos de monitorização, associados a software de cálculo, que permitem alterar o projeto e a construção em função dos valores registados. Os reforços utilizados potenciam a interação solo-reforço e as caracteristicas dos painéis do paramento facilitam e agilizam o fabrico e a construção do muro. A Técnica Anterior

Definição

Os muros de solo reforçado são estruturas flexíveis de contenção constituídas por aterro em solo selecionado e compactado, por elementos de reforço e por painéis de paramento inteiros ou segmentados.

Constituição

Os elementos de reforço podem ser do tipo metálico ou polimérico, constituindo os primeiros reforços inextensiveis (pouco deformáveis) e os segundos reforços extensíveis (deformáveis).

Os reforços inextensiveis usados atualmente são formados por chapas ou varões em aço galvanizado lisos ou nervurados ou por malhas eletrosoldadas de varões em aço galvanizado e cuja disposição dos elementos longitudinais e transversais, assim como o afastamento transversal entre eles, varia de sistema para sistema. Os reforços são dispostos em camadas horizontais e fixos aos painéis do paramento.

Os reforços extensíveis são constituídos por geossintéticos, principalmente geotêxteis, geocompósitos de reforço, fitas poliméricas e geogrelhas, sendo estes últimos os mais usados.

Os reforços extensíveis são dispostos igualmente em camadas horizontais e fixos por um dos seus extremos aos painéis de paramento.

Os painéis de paramento podem ser inteiros ou segmentados, em betão pré-fabricado ou outros materiais, podendo o paramento, no caso dos geossintéticos, ser também formado pelo próprio geossintético, dobrado sobre as camadas de solo sobrejacentes aos reforços. A fixação do reforço ao paramento é geralmente realizada por ligações aparafusadas/ encavilhadas ou, no caso dos geossintéticos, por interposição nas juntas dos painéis do paramento.

Principio de Funcionamento 0 princípio de funcionamento dos muros de solo reforçado baseia-se na interação solo-reforço. Os elementos de reforço corretamente dimensionados e instalados conferem ao solo a resistência à tração que o mesmo não possui. Os maciços reforçados comportam-se como um corpo "coesivo" e monolítico, capaz de suportar o seu peso próprio e as cargas externas para as quais são projetados. A flexibilidade dos muros de solo reforçado confere-lhes a capacidade de acomodar assentamentos diferenciais elevados, quando comparados com os admissíveis em estruturas rígidas em betão armado, e ainda a capacidade de se adaptarem a condições de fundação e de implantação menos favoráveis. Possuem ainda uma grande capacidade de suportar cargas estáticas e dinâmicas, muito para além do seu peso próprio, sendo por isso ideais para situações de muros de grande altura ou que estejam sujeitos a cargas excecionais, como sismos e grandes deformações impostas.

Noutra vertente, os muros de solo reforçado possuem também a capacidade de atender a diversas exigências arquitetónicas, devido à grande variedade de elementos de face existente no mercado. 0 comportamento dos muros de solo reforçado depende da eficiência da interação solo-reforço, função do tipo de solo e do tipo de reforço, e ainda do procedimento de construção utilizado. A transferência de esforços do solo para os reforços depende das deformações experimentadas pelo material compósito e da deformabilidade relativa dos seus materiais constituintes.

Fatores como a compacidade do solo, a tensão de confinamento, a granulometria, a forma das partículas e a dimensão média dos grãos afetam não só o comportamento dos solos como também o mecanismo de interação dos solos com os reforços.

Relativamente aos reforços importa salientar a importância das suas características mecânicas, nomeadamente a sua resistência à tração e rigidez, e das suas características geométricas no controlo da aderência solo-reforço.

Nos sistemas com reforços inextensíveis, os benefícios do reforço manifestam-se apenas até ao momento em que ocorre a rotura dos reforços. Após esta rotura o comportamento do sistema de reforço aproxima-se do do solo não reforçado. Por outro lado, nos sistemas com reforços extensíveis, como não ocorre a rotura destes, após as deformações correspondentes à resistência máxima do solo, mantém-se o efeito benéfico resultante da mobilização de trações nos reforços. Desta forma, o comportamento do primeiro sistema de reforço é mais frágil do que o do solo não reforçado, enquanto pelo contrário, o dos sistemas com reforços extensíveis é mais dúctil. Adicionalmente, nos sistemas com reforços inextensíveis, a resistência à tração das armaduras constitui um fator determinante do comportamento desses sistemas porque controla um dos possíveis mecanismos de rotura. 0 procedimento de construção utilizado influencia o estado de tensão instalado numa estrutura reforçada. Com efeito, o comportamento do sistema depende de um conjunto de parâmetros, tais como: a forma de manuseamento do reforço em estaleiro e durante a sua colocação em obra; do tipo de ligações existentes no reforço; do tipo de ligação do reforço com o paramento; do método de compactação utilizado; do modo de execução e do tipo de paramento; entre outros.

Dos parâmetros construtivos referidos, o modo de execução do paramento assume particular importância no comportamento global da estrutura reforçada, nomeadamente, nas trajetórias de tensão seguidas pelo solo e nos deslocamentos do paramento.

Metodologias de Dimensionamento e Análise 0 dimensionamento das estruturas de solo reforçado é realizado por métodos tradicionais, como os Métodos de equilíbrio Limite.

Considerando o maciço reforçado como um bloco rígido é avaliada a estabilidade externa do sistema considerando os seguintes mecanismos de rotura: deslizamento pela base; derrube; capacidade de carga do terreno de fundação e estabilidade global. 0 dimensionamento interno comporta fundamentalmente a verificação da resistência à tração dos reforços e a verificação da segurança em relação ao deslizamento dos reforços por avaliação da interação solo-reforço . É necessário prever adequadamente as deformações das estruturas em dois períodos distintos: no final da construção e a longo prazo. Para esta previsão geralmente recorre-se a métodos empíricos resultantes de dados da observação de estruturas reais e, mais recentemente, a métodos numéricos como os Métodos de elementos finitos e de diferenças finitas.

No final da construção ocorrem a maioria das deformações resultantes da entrada em carga dos reforços, contudo, caso sejam adotados procedimentos construtivos adequados até esse período, as deformações podem ser limitadas e por conseguinte não serem representativas no comportamento da estrutura. A fase crítica em termos de deformação ocorre a longo prazo essencialmente devido ao comportamento viscoso dos reforços que originam deformações por fluência dos mesmos.

Tendo em conta que grande parte dos métodos de cálculo correntemente aplicados no dimensionamento deste tipo de estruturas se baseia em considerações de Equilíbrio Limite e em hipóteses simplificadas acerca da interação solo-reforço, ignorando assim os procedimentos de construção e as condições de serviço da estrutura, não será de estranhar que possam ocorrer, em muitas situações, discrepâncias entre o comportamento previsto e o comportamento real da estrutura construída. É para colmatar esta insuficiência das técnicas existentes e da prática corrente que se propõe uma nova tecnologia.

Descrição das Figuras

Figura 1 - Vista exterior em perspetiva do sistema em que se evidenciam: os reforços (2); os painéis do paramento (3); a fundação do muro (4); as juntas verticais filtrantes (7) e horizontais (6) entre esses mesmos painéis e o sistema de monitorização (9).

Figura 2 - Corte Transversal tipo do sistema em que se evidenciam os seus principais constituintes: o solo de aterro (1); os reforços (2); os painéis do paramento (3); a fundação do muro (4); as juntas horizontais entre painéis (6); as zonas de ligação dos reforços ao paramento (5) e o sistema de monitorização (9).

Figura 3 - Planta e Corte de um painel tipo do paramento (3) com 3.20m de altura, 2.50m de largura e 0.14m de espessura, em que se evidenciam as zonas de ligação (5) dos reforços (2) ao paramento (3), com os seus principais constituintes: pegas metálicas (5.1) encastradas nos painéis (3) e cavilha metálica de ligação (5.2) .

Figura 4 - Pormenor de um reforço (2) com os seus principais constituintes: varão em aço nervurado galvanizado (2.1); tubo exterior em plástico corrugado (2.2) e calda de cimento de preenchimento do espaço interior (2.3); e com o sistema de monitorização incorporado (9) constituído por: extensómetros (9.1) soldados ao reforço e unidade de leitura (9.2), para interface com software de cálculo (10).

Figura 5 - Vista interior em perspetiva de um painel tipo do paramento com pormenor: dos reforços (2); das zonas de ligação (5) dos reforços (2) ao painel do paramento (3); de uma junta vertical filtrante entre painéis do paramento (7) e do sistema de monitorização incorporado (9).

Figura 6 - Pormenor de uma junta vertical filtrante entre painéis do paramento (7) com os seus principais constituintes: chapas de ligação (7.1), parafuso de ligação (7.2) e pano de geotêxtil (7.3) .

Figura 7 - Pormenor da fundação do muro (4) com a soleira continua em betão simples (4.1) com 1,50x0,50m e as cunhas de estabilização (4.2).

Descrição Pormenorizada da Invenção

Descrição A invenção refere-se ao Sistema de muro em solo reforçado com meios de monitorização e controlo eletrónicos, que corresponde a um muro de solo reforçado cujo projeto e construção são ajustados em função das deformações registadas em dispositivos de monitorização incorporados no sistema. 0 Sistema foi pensado de forma global, introduzindo-se inovações ao nivel do controlo sobre as deformações do maciço reforçado (1), ao nivel dos reforços (2) e ao nivel do paramento (3). As inovações introduzidas permitem: —i Controlar e minimizar as deformações do muro, durante e após a sua construção, uma vez que o sistema incorpora dispositivos de monitorização (9) associados a software de cálculo (10), que permitem ir ajustando quer o projeto quer a construção em função das deformações registadas, e ainda controlar o comportamento da estrutura em serviço; —i Aumentar a interação solo-reforço e maximizar a resistência interna dos reforços (2) pela utilização de reforços lineares metálicos rugosos de alta aderência e alto desempenho; —i Facilitar e agilizar a execução do muro pela utilização de painéis de paramento (3) pré-fabricados em betão de grande altura. O Sistema constitui um Sistema Monitorizado Ativo de Reforço de Terrenos, em que se minimizam e controlam as deformações e se otimizam as resistências. O sistema é constituído pelos seguintes elementos principais: —i Paramento (3) monolítico de fissuração orientada; —i Soleira de assentamento contínua em betão simples (4.1) e cunhas de estabilização (4.2); —i Ligações verticais (7) e horizontais (6) entre painéis do paramento; —i Lâminas de geotêxtil (7.3) dispostas sobre as juntas no tardoz; —I Solos de aterro (1) selecionados com material granular seguindo as prescrições técnicas; —i Reforços (2) dispostos em camadas horizontais e fixos por um dos seus extremos ao paramento; —i Sistema de monitorização (9) acoplado a reforços (2); -i Software de cálculo (10) interativo com o sistema de monitorização (9). O sistema de monitorização (9) consiste num conjunto de extensómetros (9.1) acoplados a armaduras de reforço (2) cujo sinal é trazido até à face do paramento (3) para leitura (9.2). Este sistema de monitorização incorporado (9) alimenta um software de cálculo interativo (10) que permite atuar na fase construtiva, no sentido de minimizar as deformações, ajustando a construção dos níveis acima do monitorizado em função do comportamento registado. Assim sendo, durante a construção o muro vai sendo interactivamente ajustado. Após a sua execução é ainda possível o controlo do seu desempenho em serviço pela manutenção e acompanhamento dos resultados obtidos com o sistema de monitorização.

Tal como já foi referido, no final da construção ocorrem a maioria das deformações resultantes da entrada em carga dos reforços, contudo, caso sejam adotados procedimentos construtivos adequados até esse período, as deformações podem ser limitadas e por conseguinte não serem representativas no comportamento da estrutura.

Os reforços (2) são lineares metálicos de alta aderência e de alto desempenho. Possuem dupla proteção contra a corrosão, uma elevada área aderente, rugosidade reforçada e uma gama alargada de diâmetros. Permitem potenciar a interação solo-reforço e maximizar a resistência interna.

Os reforços (2) são constituídos por um varão em aço nervurado galvanizado do tipo A500 NR com 8mm a 32mm de diâmetro (2.1), selado com calda de cimento (2.3) ao traço a/c=l/2 no interior de um tubo plástico corrugado com um diâmetro mínimo interior de 40mm (2.2), garantindo-se sempre um recobrimento mínimo de lOmm. Os reforços (2) possuem uma extremidade livre e outra em "gancho" por forma a materializar a ligação ao paramento.

Os painéis do paramento (3) possuem dimensões superiores às da generalidade dos restantes sistemas do mercado, mas que são ainda assim compatíveis com os meios de transporte e de elevação necessários à execução dos muros, tanto em termos de dimensões como em termos de peso (aproximadamente 2800kg). Os painéis do paramento (3) tornam mais rápido o processo de fabrico e otimizam a montagem durante a execução do muro. As dimensões dos painéis quando associadas às características dos respetivos acessórios de ligação (5) dos reforços (2) permitem ainda a minimização das deformações em serviço. O painel tipo do paramento (3) possui dimensões em planta de 3,20m de altura por 2,50m de largura e uma espessura de 0,14m. São painéis pré-fabricados em betão, armados em ambas as faces com malha eletrosoldada AQ50. Para além do painel tipo são ainda fabricados meios painéis e painéis de dimensões mais reduzidas para materializar adaptações geométricas eventualmente necessárias.

No fabrico dos painéis são usados betões com as seguintes características principais: —i Classe de resistência mínima_ C30/37; -i Dimensão máxima do inerte_ 22mm; -i Classe de consistência do betão_ Sl; -i Classe do teor de cloretos_ Cl 0.10 (Cl<0.10% por massa de cimento); -i Classe de exposição de acordo com as exigências regulamentares.

Os painéis pré-fabricados do paramento dos são produzidos pelo processo designado de "moldagem manual", em mesas metálicas de elevada robustez com vibração acoplada realizada através de vibradores pneumáticos de alta-frequência, o que permite a obtenção de peças com elevada qualidade e rigor, apresentando um acabamento perfeito. O sistema de fabrico utilizado permite a produção de painéis com diferentes modulações, de acordo com as necessidades de cada projeto, bastando para isso fazer pequenos ajustes nos elementos amovíveis (divisórias).

As ligações (5) dos reforços (2) aos painéis do paramento (3) são realizadas por colocação de uma cavilha (5.2) em aço A500 NR com um diâmetro de 2 0mm com cerca de 0,7 5m de comprimento ligando pares de reforços (2) a pegas metálicas solidarizadas (5.1) com os painéis (3) aquando da sua betonagem. As pegas metálicas (5.1) correspondem a pares de varões φίβιηιη dobrados em forma de U com uma carga mínima de rotura de 170kN. Todos os elementos constituintes da ligação (5) são objeto de uma galvanização do tipo dupla fase de 600g/mm2.

No Sistema são instalados reforços (2) com um espaçamento vertical de 0,80m e horizontal de 0,65m, o que perfaz um total de 16 ligações por painel tipo do paramento (3).

As ligações reforço/ paramento (5) são realizadas de forma rápida, simples e eficiente.

Porto, 20 de Novembro de 2013

Claims (1)

1. REIVINDICAÇÕES Ia Sistema de muro em solo reforçado com meios de monitorização e controlo eletrónicos é caracterizado por incorporar dispositivos de monitorização (9) associados a software de cálculo (10) e ainda por serem utilizados reforços lineares metálicos (2) e painéis de paramento pré-fabricados em betão armado (3). 2a Sistema de muro em solo reforçado com meios de monitorização e controlo eletrónicos, de acordo com a reivindicação anterior, é caracterizado por incorporar um sistema de monitorização (9) que consiste num conjunto de extensómetros (9.1) acoplados às armaduras de reforço (2), cujo sinal é trazido até à face do muro para leitura (9.2) e posterior interface com o software de cálculo (10). 3a Sistema de muro em solo reforçado com meios de monitorização e controlo eletrónicos, de acordo com as reivindicações anteriores, é caracterizado por utilizar reforços lineares metálicos (2) constituídos por um varão em aço nervurado galvanizado com 8mm a 32mm de diâmetro (2.1) selado com calda de cimento (2.3) no interior de um tubo plástico corrugado com um diâmetro minimo interior de 40mm (2.2) e garantindo-se sempre um recobrimento minimo de lOmm. 4a Sistema de muro em solo reforçado com meios de monitorização e controlo eletrónicos, de acordo com as reivindicações anteriores, é caracterizado por utilizar painéis de paramento pré-fabricados em betão armado (3) com 3,20m de altura, 2,50m de largura e 0,14m de espessura, com um peso unitário aproximado de 2800kg. Porto, 20 de Novembro de 2013