PT956406E - Estribos anti-sismicos de reforco para elementos de suporte de cargas - Google Patents

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Description

1
"ESTRIBOS ΑΝΤΙ-SÍSMICOS DE REFORÇO PARA ELEMENTOS DE SUPORTE DE CARGAS" A presente invenção refere-se a estribos para reforço de elementos estruturais de suporte de cargas e particularmente para o reforço de elementos de concreto para o suporte de cargas em construção de edifícios, como sejam colunas, paredes de suporte, vigas, placas, alicerces, lintéis, pilares. A invenção refere-se também a um método para reforçar elementos estruturais bem como a esses elementos.
Estribos e ataduras constituem um dos factores mais críticos da qualidade e da resistência anti-sísmica dos edifícios. Os factores essenciais para a fiabilidade dos estribos são sapatas adequadas nas suas extremidades e o diâmetro da curvatura dos cantos. Os ganchos nas extremidades dos estribos convencionais são absolutamente necessários para assegurar o funcionamento adequado do estribo ou atadura caso de um tremor de terra muito forte, em que se dá a rachadura do concreto e os ganchos são o único mecanismo de ancoragem que resta.
Na industria da construção de hoje são utilizados os seguintes estribos: i) estribos individuais 8, que podem ser de formas variadas, como os referidos na figura 1. Para os estribos individuais é essencial que sejam fixados numa pluralidade de pontos às barras de reforço principais 1 do reforço bem como à forma de madeira. Por isso a sua montagem é complicada e tem um custo elevado. Os estribos individuais 8 compreendem ganchos 6 para fixar os estribos ao elemento de suporte de carga da estrutura. “Chaminés”, isto é gaiolas de estribos feitas de redes soldadas prefabricadas (ver figura 2). Estas são feitas de redes estandardizadas soldadas em máquinas adequadas. A substituição parcial dos estribos vulgares pelas “chaminés” ou “gaiolas de estribos” foi a primeira tentativa para transformar a dolorosa tarefa de reforçar os elementos de suporte de cargas da estrutura num processo industrial. No entanto, o fabrico das chaminés é feito em duas fases e apenas um parte do processo se pode tomar um processo industrial: a primeira fase é um processo industrial que tem por objectivo a produção de redes planas, conforme mostrado na figura 3, a partir de rolos de aço e utilizando máquinas enormes. Durante a segunda fase as redes são montadas quase manualmente para formarem gaiolas de estribos. A produção de “chaminés” tem as seguintes limitações a) é difícil construir formas de estribos compostas por meio da respectiva análise em formas rectangulares simples, b) é impossível aumentar ou diminuir o espaçamento entre estribos, o resulta num peso supérfluo do reforço, c) é caro transportá-los devido ao tamanho das gaiolas d) é difícil fabricarem-se ganchos duplos, os quais constituem uma necessidade nas estruturas anti-sísmicas e e) há o perigo de as barras de ligação verticais se dobrarem no caso de um tremor de terra.
Estribos espirais circulares ou ortogonais conforme descritos na EP-A-015397. Têm sido executadas numerosas experiências com espirais circulares as quais provaram que se o espaçamento dos enrolamentos, isto é o passo for mantido abaixo de uma distância mínima as espirais funcionam de facto como chaminés de aço fechadas, cuja resistência é aumentada devido à presença de um sistema de tensão triaxial. Os estribos espirais actualmente conhecidos apenas são adequados para reforçar colunas com um corte perpendicular rectangular. Além disso são pouco económicos devido ao espaçamento constante entre os enrolamentos, o qual é determinado pelo nível de cisalhamento na região mais crítica do membro. Eles apresentam também problemas no fabrico e 3
dificuldades na colocação por pessoal especializado, devido ao peso excessivo em casos de colunas muito reforçadas com muitos lados.
Um objecto da presente invenção é um estribo que ultrapasse os problemas dos estribos conhecidos. Um outro objecto da invenção é um estribo que pode ser usado para reforçar elementos de suporte de cargas com diversos cortes perpendiculares, tais como colunas, paredes de suporte, vigas, placas, sapatas, lintéis, pilares.
Um objecto da invenção é igualmente um método para reforçar os elementos de suporte de cargas de uma estrutura bem como um desses elementos.
Um objecto da invenção é também um método para reforçar os elementos de suporte de cargas de uma estrutura bem como um desses elementos.
Um estribo para reforçar elementos de suporte de cargas de acordo com a invenção consiste numa pluralidade de enrolamentos consecutivos dispostos ao longo da direcção longitudinal do estribo e que possuem um corte perpendicular contínuo, de modo que o estribo tem uma forma espiral, pelo que o enrolamentos do estribo formam uma pluralidade de gaiolas separadas para alojar as barras de reforço principais do elemento de suporte de cargas.
De acordo com um método da invenção para o reforço de um elemento de suporte de cargas, os principais elementos de barra do reforço encontram-se alojados no interior dos enrolamentos de um estribo de forma espiral, pelo que o estribo compreende uma pluralidade de gaiolas com cada uma das gaiolas a apertar um conjunto diferente dos elementos de barra principais.
Um elemento de suporte de cargas de acordo com a invenção compreende elementos de barra principais albergados no interior dos enrolamentos de um estribo de forma espiral pelo que o estribo compreende uma pluralidade de gaiolas, com cada uma das gaiolas a apertar um conjunto diferente dos elementos de barra principais. """" V..-Í Λ / / r
Os estribos de acordo com a invenção tem uma forma em espiral, de modo que a carga axial suportada pelo estribo possa ser continuamente transmitida sem interrupção a todo o seu comprimento. Os enrolamentos dos estribos da invenção formam mais de uma gaiola para a barras de reforço principais, de modo que podem ser usadas para reforçar elementos de suporte de cargas de vários cortes perpendiculares como sejam ortogonais, em forma de T, em forma de L, em forma de Z, etc. O estribo pode ser levado para o local em estado comprimido e esticados durante o seu posicionamento em volta das barras de reforço principais. A sua ligação às barras de reforço necessita de um número de fixações relativamente baixo - basta fixar cada um dos enrolamentos a quatro ou mesmo três barras de reforço principais - e envolve um custo relativamente pequeno. A utilização dos estribos da invenção permite o fabrico do reforço transversal, o qual é essencial por razões anti-sísmicas e outras, para se tomar um processo industrial com um baixo custo de fabrico e uma elevada qualidade do produto.
Estribos de acordo com a invenção podem ser fabricados a partir de um grau de aço com uma resistência muito elevada, por exemplo SI200 (1200Mpa) porque não há necessidade de usar ganchos para fixação, os quais são geralmente os pontos fracos do estribos conhecidos. Uma outra vantagem dos estribos de acordo com a invenção é que a sua produção e os próprios estribos podem ser estandardizados, de modo que podem ser de elevada qualidade e poderão ser usados para reforçar tipos normalizados de elementos de suporte de cargas.
As outras características da invenção descritas nas reivindicações dependentes oferecem outras vantagens.
De acordo com a reivindicação 2, os enrolamentos do estribo estão dispostos periodicamente de modo que cada gaiola é formada por cada enésimo enrolamento em que n é o número de gaiolas. O estribo da reivindicação 3 tem exactamente duas gaiolas. Com tal disposição é possível cobrir os reforços de um maior número de elementos de suporte de cargas. ( O estribo da reivindicação 4 tem pelo menos quatro gaiolas. Um tal estribo é adequado para elementos de suporte de cargas que possuam um número relativamente maior de barras de reforço principais e/ou um corte perpendicular relativamente complicado. A forma preferível dos estribos está definida nas reivindicações 5, 6 7. De acordo com a reivindicação 5 o estribo tem um corte perpendicular semelhante ao corte perpendicular de um elemento de suporte de cargas que possua pelo menos uma teia e pelo menos uma flange. Um tal corte perpendicular pode ser em T, Z duplo T ou outra.
As reivindicações 8 9 definem materiais preferíveis a serem usados para a produção dos estribos da invenção. O preferível avanço dos enrolamentos na direcção longitudinal, de acordo com a reivindicação 10, toma o estribo vantajoso no caso de cargas de cisalhamento relativamente elevadas. A reivindicação 11 define que a distância entre enrolamentos consecutivos é uniforme, ao mesmo tempo que de acordo com a reivindicação 12 o passo pode variar. Assim são possíveis soluções mais economicamente eficazes.
As reivindicações 13 e 15 definem estribos de acordo com a invenção, os quais compreendem dois elementos espirais. A reivindicação 16 define um elemento de suporte de cargas préfabricado que compreende um estribo de acordo com a invenção, e a reivindicação 17 define um método para utilização dos estribos para o reforço de paredes. A invenção será agora descrita por meio de exemplos e com referência aos desenhos juntos, nos quais:
As Figuras 1 2,2a apresentam os estribos conhecidos. 6
/ A Figura 3 mostra um estribo de acordo com a invenção fixado às barras de {reforço principais de uma coluna e as figuras 3a mostram esquematicamente o estribo.
As Figuras 4a, 4b, 4c, 4d, 4e mostram esquematicamente estribos de acordo com a invenção, destinados ao reforço de colunas.
As Figuras 5, 5a, 5b, 5c 6, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e e 7, 7a apresentam estribos espirais que possuem cortes perpendiculares em forma de L, e T, respectivamente.
As Figuras 8,8a, 9 apresentam estribos espirais adequados para sapatadas e vigas.
As Figuras 10 ,10a apresentam um estribo espiral adequado para uma parede de suporte de cargas.
As Figuras 11a, 11b 11c, lld, lie, llf mostram estribos de acordo com a invenção, para reforço de elementos de suporte de cargas que possuem um corte perpendicular em forma de Z.
As Figuras 12 apresentam uma vista lateral de um estribo espiral de acordo com a figura 3 com um passo variável. A Figura 13 mostra um estribo de acordo com a invenção, constituído por dois elementos espirais mostrados nas figuras 13a e 13b.
As Figuras 14a, 15a, 15a, 17a apresentam um método para reforçar elementos de suporte de cargas de acordo com a invenção, aplicados aos elementos mostrados nas figuras 14,15,16, e 17.
Referindo-nos aos desenhos juntos, descreveremos alguns exemplos indicativos das espirais anti-sísmicas de acordo com a invenção. Estas são estribos espirais usualmente fabricados por máquinas robô a partir de barras enroladas em bobinas de 0 4 a 0 16 em rolos de aço de todas as qualidades e graus. A utilização de barras enroladas em bobinas proporciona a possibilidade de produzir o estribo com a forma de uma espiral, sem descontinuidades, numa peça de formato composto. São fabricados comprimidos e são esticados com relativa conveniência durante a sua colocação. Estribos de acordo com a invenção podem também ser feitos de materiais compósitos, por exemplo de fibras de vidro. A Figura 3 mostra um estribo de acordo com a invenção. O estribo espiral desta figura possui enrolamentos alternados consecutivos 7a e 7b. O conjunto de enrolamentos 7a forma uma gaiola 5a para albergar as barras principais la de reforço. Em utilização, os enrolamentos 7a são apertados em volta das barras la e poderá ser suficiente ligar mesmo cada enrolamento a três barras. De modo semelhante, o conjunto de enrolamentos 7b forma uma gaiola 5b para alojar as barras principais lb do reforço. Assim o estribo inclui duas gaiolas 5a ,5b pelo que cada uma das gaiolas 5a, 5b é formada pelos enrolamentos alternativos 7a, 7b respectivamente. As projecções dos enrolamentos 7a coincidem, num plano transversal, de modo que a gaiola 5a é cilíndrica ou aproximadamente cilíndrica. De modo semelhante a gaiola 5b é cilíndrica ou aproximadamente cilíndrica, já que a projecção dos enrolamentos 7b coincide num plano transversal. No caso do estribo da figura 4 o passo é constante ao longo do comprimento do estribo de modo que não só as projecções dos enrolamentos 7a coincidem como também a forma espacial desses enrolamentos é idêntica. O mesmo se aplica para os enrolamentos 7b. A Figura 3a mostra esquematicamente uma vista em corte perpendicular do estribo mostrado na figura 3 enquanto que as figuras 4a, 4b, 4c, 4d 4e mostram vistas em corte perpendicular de outros estribos a serem usados para o reforço de colunas. O estribo da figura 4a tem duas gaiolas 5a, 5b com cortes perpendiculares que se sobrepõem, e a figura 4b mostra um estribo com uma gaiola quase rectangular 5b dentro de uma gaiolas poligonal 5a .Tal estribo pode ser formado com uma gaiola exterior circular ou elíptica. Outros estribos para colunas com secções perpendiculares rectangulares estão representados nas figuras 4c, 4d e 4e. 8
As Figuras 5, 5a, 5b, 5c apresentam estribos espirais que possuem cortes perpendiculares em forma de L que compreendem duas (ver figura 5a), três (ver figura 5b) ou quatro (ver figura 5c, gaiolas 5a, 5b , 5c , 5d) gaiolas. As Figuras 6, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e apresentam estribos espirais com cortes perpendiculares em forma de T e as figuras 7, 7a um estribo com uma secção perpendicular em forma de cruzeta. Estribos espirais em forma de T, que também são usados para o reforço de sapatas, possuem um desempenho excelente quando simultaneamente suportam cargas de cisalhamento, de torção e de flexão. A Figura 8, 8a mostra um estribo espiral a ser usado para o reforço de uma viga ou sapata com duas gaiolas sobrepostas 5a, 5b, de acordo com a invenção. Com esta disposição pode ser usada uma espiral única para cada sapata ou viga. A Figura 9 mostra um estribo espiral com três gaiolas 5a, 5b, 5c a ser usado para o reforço de uma viga de uma ponte. A Figura 10 mostra a representação axonométrica e em plano de uma parede de cisalhamento de concreto com um estribo espiral representado esquematicamente na figura 10a.
As Figuras 11a, 11b, 11c, lld, lie llf mostram uma representação indicativa das espirais para colunas em forma de Z, as quais são frequentemente usadas nas esquinas dos edifícios.
Com uma programação adequada da máquina de produção do estribo ou uma fixação apropriada das pernas do estribo nas barras de reforço principais, o avanço dos enrolamentos ao longo do comprimento do estribo pode ser efectuado através de elementos longitudinais, ao mesmo tempo que os enrolamentos se mantêm num plano substancialmente transversal. Uma tal opção permite a utilização de espirais em elementos de viga e sapatas que suportam forças de cisalhamento relativamente elevadas. 9
O passo dos enrolamentos pode ser uniforme ou variável conforme mostrado na| figura 12. A variação do passo pode ser efectuada seja durante a produção, seja durante o reforço do elemento de suporte de carga. Com esta disposição a solução económica óptima surge porque a variação do passo da espiral pode seguir o diagrama das forças de cisalhamento. A Figura 12 mostra o estribo espiral da figura 3, dividido em partes com uma passo constante. Por exemplo, para a distância de 0,5 m na base e 05 m no topo do membro, o passo é igual a 10 eme 12 cm respectivamente, enquanto que ao longo da porção média do estribo, que se estende ao longo de uma extensão de 2 metros, o passo é de 20 cm. Esta disposição resulta numa solução altamente eficaz uma vez que fortalece “as regiões críticas” do elemento de suporte de cargas com um espaçamento menor entre os enrolamentos. O estribo da figura 12 pode ser usado para o reforço de uma coluna viga ou outros elementos estruturais. O estribo de acordo com a invenção pode ser fabricado por meio de uma barra de aço extrudida continuamente ou em partes. Com esta disposição, a espiral é construída por meio de um certo número de elementos espirais fabricados individualmente. Os elementos espirais podem ser construídos por meio de barras com o mesmo ou diferente corte perpendicular e podem ter o mesmo ou diferente passo. A fim de formar o estribo, os elementos espirais são colocados lado a lado, ao longo da sua direcção longitudinal e as suas extremidades são unidas, de modo que um elemento espiral se estende para um lado da união e o outro para o seu outro lado. Por exemplo, as duas extremidades a serem unidas podem ser munidas de ganchos possuidores de um ângulo >= 135° e um elemento espiral pode ser fixado ao outro por intermédio desses ganchos. Altemativamente, cada uma das extremidades dos elementos espirais está munida de um enrolamento que possui um passo muito pequeno ou mesmo de zero, os quais são soldados uns aos outros para efectuar a união. A união dos elementos espirais pode ser também efectuada por meio da combinação das duas disposições anteriores. A Figura 13 mostra um estribo feito de dois elementos espirais 3% 3”, representados esquematicamente nas figuras 13a, 13b, que se destina a ser utilizado no reforço de vigas, colunas ou outros elementos estruturais. 10
A união de elementos espirais para produzir uma espiral com as características da invenção pode ser efectuada no local ou pode ser prefabricada.
As Figuras 14a, 15a, 16a, 17a mostram a aplicação de estribos espirais de acordo com a invenção, para o reforço dos elementos de parede de suporte mostrados nas figuras 14,15,16 e 17 respectivamente. As paredes podem ser de grandes tamanhos e em geral podem ter secções perpendiculares rectangulares, angulares, do tipo butante, etc. De acordo com o método, a combinação de estribos de tamanho normal com barras longitudinais 4, que podem ter ganchos 6’ - 90° ou 135° ou outro ângulo - nas suas extremidades, efectuam o reforço das paredes. Outras maneiras de fixar as barras aos estribos são também possíveis. Estribos espirais são colocados em extremidades paredes de suporte e ser ligadas ou soldadas às barras longitudinais, que no caso dos exemplos mostrados nas figuras, são normais ou quase normais à direcção longitudinal dos estribos. Embora vantagens particulares sejam oferecidas por este método de reforço, quando aplicado em combinação com os estribos espirais de acordo com a invenção, outros estribos espirais podem ser também usados.
Os estribos de acordo com a invenção podem ser usados para o reforço de elementos estruturais prefabricados de suporte de cargas. í&wi£
Lisboa, ” 2 AGO, ^00 ‘

Claims (11)

1
REIVINDICAÇÕES X 1. Estribo para reforço de elementos de suporte de cargas que consiste numa pluralidade de enrolamentos consecutivos (7a, 7b) dispostos ao longo da direcção longitudinal do estribo e que possuem um corte perpendicular contínuo, de modo que o estribo tem uma forma espiral, caracterizado por os enrolamentos do estribo formarem uma pluralidade de gaiolas separadas (5a, 5b) para albergar as barras de reforço principais (la, lb) do elemento de suporte de cargas.
2. Estribo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o estribo compreender n gaiolas de formato cilíndrico ou aproximadamente cilíndrico, em que n é um número inteiro maior ou igual a 2 e em que as projecções de cada enésimo enrolamento proporcionado ao longo de pelo menos uma porção do estribo coincidir num plano transversal.
3. Estribo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o estribo compreender duas e apenas duas gaiolas para albergar as barras de reforço principais do elemento de suporte de cargas.
4. Estribo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o estribo compreender pelo menos quatro gaiolas (5a, 5b, 5c, 5d) para albergar as barras de reforço principais do elemento de suporte de cargas.
5. Estribo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por a projecção do estribo num plano transversal coincidir com o corte perpendicular do elemento de suporte de cargas que compreende pelo menos suma teia e pelo menos uma flange.
6. Estribo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 5, caracterizado por o formato dos enrolamentos num plano transversal ser ortogonal e enrolamentos adjacentes estarem dispostos de tal modo, que a dimensão longa de cada enrolamento é normal à dimensão longa dos seus enrolamentos adjacentes, de modo que a projecção do estribo no plano transversal é semelhante a um T. Estribo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o estribo compreender uma gaiola exterior que alberga todas as outras gaiolas do estribo. Estribo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o estribo ser feito de uma barra de aço extrudida continuamente. Estribo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por os estribos serem feitos de material composto. Estribo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por os enrolamentos se encontrarem dispostos em planos substancialmente transversais e enrolamentos consecutivos serem unidos por elementos substancialmente longitudinais. Estribo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a distância entre enrolamentos consecutivos ser uniforme. Estribo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10 caracterizado por a distância entre enrolamentos consecutivos ser variável. Estribo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o estribo compreender dois elementos espirais (3% 3”) dispostos longitudinalmente e unidos nas suas extremidades, de modo que um dos dois elementos se estende para um dos lados das referidas extremidades unidas e o outro dos dois elementos se estende na direcção do outro lado das referidas extremidades unidas. Estribo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por os dois elementos espirais serem soldados um ao outro. 3 & /
15. Estribo de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado poro primeiro e/ou o segundo dos referidos elementos serem estribos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12.
16. Elemento prefabricado de suporte de cargas que compreende um estribo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15.
17. Método para reforçar elementos de parede de suporte de cargas de cisalhamento que utiliza estribos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado por o reforço da parede ser efectuado por meio da junção de pelo menos dois dos referidos estribos às barras de reforço (4).
18. Método para reforçar um elemento de suporte de cargas, no qual os elementos de barras principais do reforço se encontram alojados no interior dos enrolamentos de um estribo em forma de espiral com uma pluralidade de enrolamentos consecutivos que possuem um corte perpendicular contínuo, caracterizado por o estribo compreender uma pluralidade de gaiolas (5a, 5b) com cada uma das gaiolas (5a, 5b) a apertar um conjunto diferente de elementos principais de barra.
19. Elemento de suporte de cargas em que aos elementos principais de barra de reforço se encontram alojados no interior de enrolamentos de um estribo em forma de espiral com uma pluralidade de enrolamentos consecutivos, que possuem um corte perpendicular contínuo, caracterizado poro estribo compreender uma pluralidade de gaiolas (5a, 5b), com cada gaiola (5a, 5b) a apertar um conjunto diferente de elementos principais de barra.
Lisboa. . 2 20|))
Dra. Maria F:1vina Ferreira Agerts 3£> i· : ‘.r;dl R.Cõ-;. ...·- LISBOA Telcfo. 2oâõ13jíi - 21õâlo05Q
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