PT1457622E

PT1457622E - Processo e sistema de estabilização de um edifício

Info

Publication number: PT1457622E
Application number: PT04290572T
Authority: PT
Inventors: Marc-Henry Menard
Original assignee: Lefevre Sa M
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2006-12-29
Also published as: EP1457622A1; ES2268585T3; FR2852343B1; ATE333022T1; FR2852343A1; DE602004001472T2; EP1457622B1; EP1564349A1; DE602004001472D1

Description

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DESCRIÇÃO "Processo e sistema de estabilização de um edifício" 0 presente invento refere-se ao domínio da estabilização de estruturas de construção em alvenaria, em madeira, em metal ou outro. 0 invento aplica-se às construções antigas, recentes ou novas.

Para aumentar a resistência de edifícios existentes a esforços devidos, por exemplo, às tempestades ou aos abalos sísmicos, é conhecido o aumento da secção das estruturas principais e/ou dos contraventamentos do edifício por adição de pilares ou nervuras em betão, em vigotas metálicas, ou em vigamento de madeira. Tais adições são frequentemente inestéticas e é difícil a sua adaptação às características mecânicas, nomeadamente a elasticidade e a dilatação do edifício.

Por outro lado, o aumento dos prémios de seguros devido ao risco de tempestade em edifícios existentes revela-se uma carga pesada para os proprietários. E a reparação dos danos de tempestade é muito dispendiosa para as companhias de seguros ou para os proprietários, nomeadamente o Estado francês, que pratiquem o seguro próprio. 0 agravamento dos riscos por danos é confirmado pelo "Balanço 2001 das alterações climatéricas: Consequências, adaptação e vulnerabilidade" do grupo de especialistas intergovernamentais da ONU, acerca da evolução do clima, ver também "http://www.un.org/News/fr-press/docs/2002/PNUE70.doc.htm".

Esta necessidade apareceu portanto de um meio discreto de reduzir o risco de estragos nos edifícios. O documento US-A-4 964 246 descreve um sistema de comando de rigidez para uma estrutura com rigidez variável que incorpora elementos com rigidez variável tais como escoras diagonais, na qual a vibração da estrutura causada por forças vibratórias externas tal como um tremor de terra ou o vento é atenuada ao fazer-se variar a rigidez da estrutura. A estrutura está equipada com sensores, nomeadamente sensores de deslocamento e sensores de 2 ΕΡ 1 457 622 /PT velocidade, para detectar a extensão da deformação da estrutura, com um computador de comando e com unidades de comando da tensão das escoras diagonais, para as retesar selectivamente ou as relaxar. 0 documento US-A-4 964 246 descreve um processo de estabilização correspondente ao preâmbulo da reivindicação 1 e um edifício equipado com um sistema de estabilização correspondente ao preâmbulo da reivindicação 6. A requerente, depois de ter conduzido pesquisas, apercebeu-se em primeiro lugar que uma grande parte dos danos nos edifícios era proveniente de esforços de impulsos e/ou de entrada em ressonância e em segundo lugar que os materiais constitutivos de um edifício são capazes de suportar durante um breve e determinado período, uma tensão de compressão claramente superior ao esforço permanente máximo de compressão que está apto a suportar. 0 invento visa proteger um edifício contra os esforços de impulsos, nomeadamente causados pelo vento ou pelos tremores de terra, ao tirar vantagem da capacidade do edifício para suportar de maneira transitória uma tensão de compressão suplementar. 0 processo de estabilização de acordo com um aspecto do invento é destinado a um edifício submetido a um esforço de impulsos ou vibratório de fraca duração. Detecta-se pelo menos uma grandeza representativa do dito esforço, e aplica-se ao dito edifício pelo menos uma tensão de compressão ajustável suplementar durante um período determinado para reduzir a sensibilidade do edifício aos esforços de impulsos ou vibratórios. A tensão de compressão ajustável suplementar vem adicionar-se temporariamente à tensão de compressão contínua devido às características intrínsecas do edifício e estabilizar o edifício, nomeadamente contra as acelerações horizontais e também verticais. A soma da tensão de compressão contínua e da dita tensão de compressão ajustável suplementar é superior à tensão máxima contínua admissível para cada elemento do edifício. 3

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Num modo de realização do invento, detecta-se a velocidade do vento ao qual o edifício é submetido.

Num modo de realização do invento, detecta-se a ou as direcções do vento ao qual o edifício é submetido.

Num modo de realização do invento, detecta-se uma aceleração à qual o edifício é submetido. A detecção pode efectuar-se nas componentes horizontais e/ou verticais da aceleração.

Num modo de realização do invento, detecta-se por pelo menos um medidor de tensão, um esforço ao qual o edifício é submetido. 0 invento propõe igualmente um edifício provido com um sistema de estabilização do edifício submetido a um esforço de impulsos ou vibratório de fraca duração. 0 sistema compreende um meio de detecção de pelo menos uma grandeza representativa do dito esforço, e um meio de aplicação ao dito edifício de pelo menos uma tensão de compressão ajustável suplementar durante um período determinado para reduzir a sensibilidade do edifício aos esforços de impulsos ou vibratórios, sendo a soma da tensão de compressão contínua e da dita tensão de compressão ajustável suplementar, superior à tensão máxima contínua admissível para cada elemento do edifício.

Num modo de realização do invento, o meio de detecção compreende pelo menos um anemómetro e um girómetro. Pode ser disposto um anemómetro no edifício e/ou à distância do edifício.

Num modo de realização do invento, o meio de detecção compreende um sensor sísmico.

Num modo de realização do invento, o meio de aplicação compreende pelo menos um actuador apto para exercer uma tensão de compressão em pelo menos uma porção do edifício. 0 actuador pode ser do tipo macaco plano ou sistema com memória de forma com comando térmico. 4

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Num modo de realização do invento, o meio de aplicação compreende um actuador, um tirante e duas placas metálicas com extremidades ligadas, uma ao tirante e a outra ao macaco, sendo o actuador e o tirante ligados um ao outro pelas suas extremidades opostas às placas metálicas. As placas metálicas apoiam-se numa parte do edifício que se deseja submeter a uma tensão de compressão suplementar temporária. Pode ser integrada uma placa metálica no actuador.

Num outro modo de realização do invento, as placas metálicas são substituídas por tirantes (hastes ou cabos) selados numa parte do edifício. As hastes ou cabos podem ser à base de fibras, por exemplo, fibras de vidro ou de carbono e de resina epóxida, ou ainda em aço inoxidável. A selagem pode ser efectuada por intermédio de um ligante do tipo uma argamassa de resina, por exemplo, à base de resina epóxida. As extremidades dos tirantes podem ser divergentes. 0 macaco pode hidráulico, eléctrico ou electro-hidraúlico.

Num modo de realização do invento, o sistema compreende uma unidade de comando ligada ao meio de detecção para receber dados representativos do dito esforço ao qual o edifício é submetido e ao meio de aplicação para lhe enviar instruções de colocação à compressão.

Num modo de realização do invento, o sistema é ligado a um meio de disponibilização de informações meteorológicas e/ou sísmicas. 0 sistema pode ser ligado a um centro de gestão autónoma em energia, local ou remoto, por via filar ou hertziana, a própria ligada a um meio de disponibilização de informações meteorológicas e a um meio de disponibilização de informações sísmicas. 0 invento refere-se igualmente a um edifício que compreende pelo menos um elemento de construção, por exemplo, patamar, parede ou contraforte e um dispositivo de estabilização associado ao dito elemento de construção. 0 presente invento será melhor compreendido com a leitura da descrição detalhada de alguns modos de realização 5

ΕΡ 1 457 622 /PT tomados a título de exemplos nulamente limitativos e ilustrados pelos desenhos anexados, nos quais: - a figura 1 é uma vista em corte transversal de um edifício estabilizado de acordo com um modo de realização do invento; e - a figura 2 é uma vista de pormenor da figura 1.

Como se pode ver na figura 1, um edifício do tipo catedral compreende pilares centrais 1, 2, pilares laterais 3, 4 contrafortes 5, 6 que ligam os pilares centrais 1,2 aos pilares laterais 3, 4, um tecto 7 que assenta no topo dos pilares centrais 1, 2 e tectos 8, 9 que assentam nos pilares centrais 1, 2 e nos pilares laterais 3, 4. 0 sistema de estabilização 10 compreende uma unidade de comando 11, sensores e actuadores. Os sensores compreendem um anemómetro/girómetro 12 disposto no topo do tecto central 7, um sensor sísmico 13 disposto no solo por baixo do edifício, e sensores de força 14, 15 por exemplo medidores de tensão dispostos na base dos pilares centrais 1, 2. Os sensores são ligados à unidade de comando 11 por ligações eléctricas ou hertzianas. Os actuadores compreendem subconjuntos 16 e 17, 18 e 19 dispostos respectivamente nos pilares centrais 1, 2 e nos pilares laterais 3, 4. A unidade de comando 11 autónoma em energia é disposta num local técnico do edifício.

Cada subconjunto 16 a 19 compreende um tirante 20 do qual uma extremidade é firmemente solidarizada a uma extremidade do pilar correspondente, e é ligado um macaco 21 de um lado à extremidade livre da haste e do outro lado firmemente solidarizado com a outra extremidade do pilar. A ligação tirante 20 - pilar lateral 3, 4 é assegurada por uma placa metálica 22 que se apoia numa superfície numa superfície do pilar perpendicular ao tirante 20 para assegurar a transmissão de esforços verticais de compressão ao pilar. A placa metálica 22 está em posição alta na proximidade do topo dos pilares laterais 3, 4. 6

ΕΡ 1 457 622 /PT A extremidade do tirante 20 é solidarizada a uma extremidade inferior do pilar central 1, 2 correspondente por selagem ao longo de algumas dezenas de centímetros num orifício perfurado no pilar para alojar o dito tirante. A selagem pode ser efectuada por intermédio de uma argamassa de resina. A extremidade do tirante 20 será provida de relevos que favorecem a adesão da argamassa. O resto do tirante 20 está livre no dito orifício. O tirante 20 pode ser em aço, por exemplo inoxidável, à base de fibras de vidro, de carbono, ou aramida, ou em cabo, ou em liga com memória de forma. O macaco 21 é solidarizado com a outra extremidade do pilar 1, 2 por selagem da argamassa de resina, ou por uma placa metálica não representada. A instalação do sistema de estabilização 10 no edifício efectua-se como segue. Realizam-se nos pilares centrais 1, 2 e nos pilares laterais 3, 4 as cavidades necessárias à instalação dos tirantes 20, dos macacos 21 e das placas metálicas 22. Para este efeito, perfura-se por exemplo, por condução laser, um orifício longitudinal de pequeno diâmetro, por exemplo 30 mm, nos pilares centrais 1, 2 e nos pilares laterais 3, 4. Escavam-se os alojamentos dos macacos 21 nas fundações 3a, 4a dos pilares laterais 3, 4 e no topo lb, 2b dos pilares centrais 1, 2. Liberta-se uma superfície plana 3b, 4b no topo dos pilares laterais 3, 4.

Colocam-se os tirantes 20 nos orifícios dos pilares centrais 1, 2 e dos pilares laterais 3, 4. Colocam-se os macacos 21 nas fundações 3a, 4a dos pilares laterais 3, 4. A solidarização do macaco 21 e da fundação 3a, 4a correspondente efectua-se por apoio directo de uma superfície horizontal 21a do macaco 21, numa superfície horizontal correspondente da fundação 3a, 4a ou por selagem da parte fixa do macaco 21, ou melhor por selagem de uma flange, não representada, na qual o macaco 21 é fixado por um conjunto porca/parafuso, não representado, que permite uma desmontagem fácil. Engata-se conjuntamente, a parte móvel do macaco 21 e a extremidade correspondente do tirante 20. Coloca-se a placa metálica 22 solidarizando-a com a outra extremidade do 7 ΕΡ 1 457 622 /PT tirante 20. Pode-se de seguida tapar com argamassa ou pedra, o topo dos pilares laterais 3, 4, ao recobrir-se a placa metálica 22.

Para os pilares centrais 1, 2 coloca-se um tirante 20 que se sela na sua extremidade inferior que se salienta nas fundações la, 2a dos pilares centrais 1, 2. Coloca-se um macaco 21 que se solidariza com o pilar central 1, 2 como supracitado. Engata-se conjuntamente a parte móvel do macaco 21 e a extremidade superior do tirante 20. Com excepção da extremidade inferior selada, o tirante 20 é livre de se deslocar em relação às paredes do orifício no qual está disposto.

Instala-se a unidade de comando 11 num local acessível do edifício e prevê-se uma alimentação eléctrica 23 na fase eléctrica e uma bateria de socorro e/ou um acumulador de pressão hidráulica ou pneumática 24. Liga-se a unidade de comando 11 aos sensores e aos actuadores por ligações eléctricas ou hidráulicas. É proporcionada uma ligação para um centro de gestão exterior 25 por via filar ou hertziana. O centro de gestão 25 está apto para fornecer informações meteorológicas. 0 funcionamento do sistema de estabilização 10 é o seguinte. Os tirantes 20 estão normalmente relaxados e os actuadores 21 inactivos. O sistema activa-se pela detecção dos sensores e a unidade de comando 11 envia aos macacos uma ordem de se retraírem para exercer um esforço determinado de tensão nos tirantes correspondentes, aplicando-se assim uma tensão de compressão suplementar nos pilares 1 a 4 e com redução do risco de derrocada dos ditos pilares 1 a 4. A ordem é mantida e ajustada durante a gama de tempo necessária. O esforço é determinado em função das solicitações registadas, e da firmeza dos pilares à compressão. Por exemplo, pode aplicar-se uma força de 100 kN. Pode também considerar-se a orientação do vento, nomeadamente se o edifício oferece uma resistência ao vento, para exercer um esforço adaptado a cada pilar ou elemento de estrutura.

Num modo de realização bem adaptado aos eólicos cuja estrutura pode ser aligeirada, a unidade de comando 11 8 ΕΡ 1 457 622 /PT considera a direcção e a pressão do vento e só aplica compressão aos pilares situados ao vento, por exemplo os pilares 1 e 3 para um vento dirigido segundo a seta 26. Evita-se assim meter à compressão os pilares abrigados do vento. Em caso de vento muito violento, pode meter-se a forte compressão os pilares 1 e 3 e em compressão média, os pilares 2 e 4, e mais precisamente segundo os valores obtidos por uma modelação do edifício efectuada previamente e que conduz a uma acção em tempo real. É ainda mais interessante se a unidade de comando 11 considerar também informações captadas pelo anemómetro/girómetro 12. A unidade de comando 11 funciona então em tempo real e a compressão é melhor adaptada à velocidade e à ou às direcções instantâneas do vento. A unidade de comando 11 envia então ordens a intervalos aproximados aos macacos 21. A compressão suplementar exercida é mais breve e pode portanto ser muito mais forte. A compressão suplementar máxima admissível para o edifício é efectivamente inversamente proporcional ao período durante o qual é exercida.

Uma tensão de compressão admissível para uma sobrecarga instantânea de alguns minutos, será superior em cerca de 20% a 22% à tensão de compressão admissível para uma sobrecarga aplicada a curto termo, por exemplo, menos de uma semana, a própria superior em cerca de 17% à tensão de compressão admissível para uma sobrecarga aplicada a médio termo, por exemplo, uma semana a seis meses, a própria superior de 10 a 12% à tensão de compressão admissível para uma sobrecarga aplicada a longo termo, por exemplo de seis meses a dez anos, a própria superior em cerca de 17% à tensão de compressão admissível para uma sobrecarga permanente de mais de dez anos. Assim, a tensão de compressão admissível para uma sobrecarga instantânea poderá atingir cerca de 183% da tensão de compressão admissível para uma sobrecarga permanente. A unidade de comando 11 pode também considerar as informações fornecidas pelo sensor sísmico 13 e por um centro de previsão sísmica 30 remoto e ligado ao centro de gestão exterior 25 para colocar o edifício à compressão desde que é detectado um abalo sísmico superior a um patamar, ao exercer 9

ΕΡ 1 457 622 /PT por exemplo, uma força segundo a seta 27 ou desde que é estimado um risco sísmico. A unidade de comando 11 considera informações fornecidas pelos sensores de força 14, 15 que podem servir para testar o bom funcionamento do sistema, para aferir o comportamento do edifício e as transferências de cargas entre os pilares e os elementos estruturais em função da velocidade e da direcção do vento. A unidade de comando 11 pode então estabelecer e armazenar uma cartografia das compressões necessárias para estabilizar o edifício sob um vento de velocidade x e de direcção õ.

Como se pode ver na figura 2, o macaco 21 é disposto num alojamento 29 preparado nas fundações 3a do pilar 3 e apoia-se na superfície plana superior 29a do alojamento 29.

Como se pode ver na figura 3, a extremidade de um tirante 20 subdivide-se em ramos divergentes 31, selados em orifícios 32 formados em extremidades dos pilares laterais 3, 4. Reduzem-se assim os trabalhos a efectuar nas extremidades dos pilares 3, 4. No modo de realização ilustrado na figura 4, o pilar 4 está munido com dois tirantes 20 montados em X para poderem exercer um esforço que tem uma componente horizontal.

Pode assim esticar um ou outro dos tirantes 20, ou os dois ao mesmo tempo. O pilar 4 compreende dois macacos 21 e duas placas metálicas 22. Além disso, o contraforte 6 é igualmente munido de um subconjunto 33 que compreende um tirante 20 alojado no dito contraforte 6, uma placa metálica 22 alojada no patamar 4 no prolongamento do contraforte 6, e um macaco 21 disposto no pilar 2 na outra extremidade do tirante 20.

Graças ao invento, obtém-se um edifício estabilizado dinamicamente de maneira económica com preservação das superfícies e volumes que apresentam um interesse histórico, artístico, cultural, etc. 0 invento é perfeitamente adaptado a todo o edifício antigo ou recente e permite pela sua 10

ΕΡ 1 457 622 /PT consideravelmente a tempestade. reactividade evitar ou pelo menos reduzir taxa e a extensão dos sinistros em caso de

Lisboa,

Claims

ΕΡ 1 457 622 /PT 1/2 REIVINDICAÇÕES 1. Processo de estabilização de um edifício submetido a um esforço de impulsos ou vibratório de fraca duração, no qual se detecta pelo menos uma grandeza representativa do dito esforço, se aplica ao dito edifício pelo menos uma tensão de compressão ajustável suplementar durante um período determinado para reduzir a sensibilidade do edifício aos esforços de impulsos ou vibratórios, caracterizado por a soma da tensão de compressão contínua e da dita tensão de compressão ajustável suplementar ser superior ao esforço máximo contínuo admissível em cada elemento do edifício.
2. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual se detecta uma aceleração à qual o edifício é submetido.
3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual se detecta por pelo menos um medidor de tensão um esforço ao qual o edifício é submetido.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual se detecta a direcção do vento ao qual o edifício é submetido.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, no qual se detecta a velocidade do vento ao qual o edifício é submetido.
6. Edifício equipado com um sistema de estabilização do edifício para a concretização do processo de estabilização de um edifício submetido a um esforço de impulsos ou vibratório de fraca duração, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o sistema compreender um meio de detecção de pelo menos uma grandeza representativa do dito esforço, e um meio de aplicação ao dito edifício de pelo menos uma tensão de compressão ajustável suplementar durante um período determinado para reduzir a sensibilidade do edifício aos esforços de impulsos ou vibratórios, sendo a soma da tensão de compressão contínua e da dita tensão de compressão ajustável suplementar superior ΕΡ 1 457 622 /PT 2/2 à tensão máxima contínua admissível em cada elemento do edifício.
7. Edifício de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o meio de aplicaçao compreender pelo menos um macaco (21) apto para exercer uma tensão de compressão em pelo menos uma parte do edifício.
8. Edifício de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o meio de detecção compreender um anemómetro disposto no edifício.
9. Edifício de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por o meio de detecção compreender um anemómetro disposto à distância do edifício.
10. Edifício de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado por o meio de detecção compreender um sensor sísmico (13).
11. Edifício de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10, caracterizado por o meio de detecção compreender um anemómetro e um girómetro (12).
12. Edifício de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 11, caracterizado por compreender uma unidade de comando (11) ligada ao meio de detecção para receber dados representativos do dito esforço ao qual o edifício é submetido e ao meio de aplicação para lhe enviar instruções de colocação à compressão. Lisboa,