PT97180A

PT97180A - Escudos para-sismos

Info

Publication number: PT97180A
Application number: PT97180A
Authority: PT
Inventors: Andre Martin; Minh Phong Luong; Pierre Habib
Original assignee: Technologies Speciales Ingenie
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1991-03-27
Publication date: 1993-05-31
Also published as: GR1001454B; US5174082A; ITTO910235A0; TR25989A; GR910100136A; MA22092A1; IT1245475B; ITTO910235A1; FR2660353A1

Description

TECHNOLOGIES SPECIALES INGENIERIE - T.S.I. "ESCOPOS PÁRA-SISMOS"

MEMÓRIA DESCRITIVA A presente invenção tem por objecto escudos pára-sismos, destinados a proteger obras de engenharia civil, tais como habitações, instalações industriais, pontes, barragens, etc. contra os efeitos destrutivos dos tremores de terra. Ê conhecido que o comportamento de uma onda sísmica depende muito da natureza dos sítios por onde se propaga, em especial das propriedades mecânicas dos mesmos.

Sabe-se que as deteriorações das obras de engenharia civil são provocadas geralmente por esforços de corte horizontais, devidos à onda de superfície conhecida com a designação de onda de Rayleigh, cujos efeitos podem traduzir-se por afundamentos ou liquefacçÕes do solo.

Os estudos que foi possível fazer sobre os efeitos de numerosos sismos confirmam que as características mecânicas da camada superficial do solo, isto ê, a camada que se estende até cerca de 30 m de profundidade, podem provocar modificações importantes dos efeitos ligados â propagação em superfície da onda sísmica, embora a origem dessa onda possa estar localizada muitas vezes a grande profundidade. 0 objectivo da presente invenção consiste em proporcionar -2- / meios em torno âas obras de engenharia civil para modificar localmente o efeito da localização e atenuar a onda de superfície a fim de proteger estas obras dos efeitos destrutivos dos tremores de terra. 0 objecto da presente invenção consegue-se por meio de um processo segundo o qual se implantam no solo, em torno de uma obra a proteger dos tremores de terra,ilhéus pontuais com propriedades mecânicas diferentes das do solo, a fim de atenuar as ondas sísmicas de superfície.

Os ilhéus podem ter uma rigidez maior ou menor do que a do solo.

Vantajosamente, implantam-se no solo em torno da obra a proteger simultaneamente maciços que têm uma rigidez superior à do solo e ilhéus com uma coesão inferior â do solo.

Segundo uma forma de realização preferencial, cada um dos ilhéus pontuais compreende um maciço de solo, comprimido entre uma ancoragem que é enterrada no solo a uma profundidade compreendida entre 5 e 30 metros e uma sapata que assenta no solo e que está ligada à referida ancoragem por um meio de ligação sob tensão.

Segundo uma variante, um escudo pára-sismos segundo a presente invenção compreende perfurações ou poços verticais com uma altura compreendida entre 5 e 30 m e um diâmetro compreendido entre 30 cm e 1m, que contêm uma tubagem de um material elas-tomérico ou viscoelastico, cheio de um material granuloso ou pulverulento. -3- .¾

Segundo uma outra variante, um escudo pára-sismos segundo a presente invenção compreende furos ou poços verticais cheios de pneus empilhados,por sua vez cheios com um material granuloso ou pulverulento. A presente invenção tem como resultado a obtenção de escudos anti-sísmicos que permitem atenuar as ondas de superfície produzidas por um tremor de terra.

As descontinuidades das propriedades mecânicas do solo devidas aos maciços comprimidos ou aos ilhéus cheios de materiais granulosos ou pulverulentos que se disseminam em torno da obra a proteger tem como efeito modificar e alterar a propagação das ondas de superfície que podem ser suficientemente atenuadas para que as obras possam resistir ao sismo. A estrutura descontínua dos escudos segundo a presente invenção, que são constituídos por maciços ou ilhéus pontuais, permite obter uma protecção eficaz de uma obra com um custo relativamente baixo. Maciços de solo comprimido obtidos comprimindo uma coluna de solo entre uma ancoragem enterrada no solo e uma laje assente no solo e ligada â ancoragem por um cabo ou por uma barra sob tensão, foram descritos num pedido de patente de invenção da técnica anterior FR A 2 622 909, que descrevia a sua utilização para constituir as fundações de uma obra.

Os processos segundo a presente invenção constituem uma aplicação nova destes maciços de solo comprimido que não se deduz com evidência dos ensinamentos do pedido de patente de invenção da técnica anterior. .jí& -4 /

Estes maciços de solo comprimido sao relativamente pouco dispendiosos na sua construção em terrenos equipados ou relativamente consolidados, nos quais o meio de ancoragem ê cravado por batimento. A descrição seguinte refere-se aos desenhos anexos, que representam, sem qualquer carácter limitativo, exemplos de realização de escudos anti-sísmicos segundo a presente invenção, e cujas figuras ilustram: ) A fig. 1 , uma vista geral, em planta, de uma forma de realização de um escudo pára-sismos segundo a presente invenção; A fig. 2, um corte vertical de um maciço de solo comprimido; A fig. 3, um corte vertical de um ilhéu que compreende um maciço comprimido colocado entre duas paredes moldadas; A fig. 4, um corte vertical de uma parte de escudo que compreende um bloco de betão colocado entre dois maciços comprimidos ;

A fig. 5, um corte vertical de uma parte de escudo que compreende um maciço comprimido e um poço vertical cheio de rochas ou de blocos empilhados; A fig. 6, um corte vertical parcial de uma forma de realização de um escudo segundo a presente invenção; A fig. 7, um corte vertical parcial de uma outra forma de realização de um escudo segundo a presente invenção; e A fig. 8, um corte vertical parcial de um outro modo de realização de um escudo segundo a presente invenção. -5-

A fig. 1 represènta um perímetro (1) que envolve as fundações de uma obra de engenharia civil, que pode ser por exemplo um imóvel ou um grupo de imóveis, uma instalaçao industrial sensível, por exemplo uma central eléctrica nuclear, uma ponte, etc. A maior largura da obra ê igual a (B). A obra está assente em fundações ancoradas no solo para resistir às cargas da obra. 0 solo pode ser de qualquer natureza.

Um dispositivo pára-sismos segundo a presente invenção é constituído por um escudo disposto em torno das fundações da obra, constituído por ilhéus ou maciços (2) que formam uma nuvem de pontos distribuídos em torno da obra. Cada um dos pontos (2) compreende meios que serão descritos adiante e que modificam localmente as propriedades mecânicas do solo e que criam ilhéus ou maciços pontuais que têm propriedades mecânicas diferentes das do solo no qual são incorporadas.

Os ilhéus ou maciços pontuais (2) podem compreender meios que criam uma zona localizada com uma rigidez superior à do solo. Podem igualmente compreender meios que criam uma zona localizada com uma coesão inferior â do solo.

Segundo uma forma de realização preferida, dispõem-se em torno da obra (1) a proteger simultaneamente maciços ou ilhéus com uma rigidez superior à do solo e maciços ou ilhéus com uma coesão inferior à do solo.

Os maciços ou ilhéus (2) podem ser colocados em torno da obra (1) segundo uma disposição geométrica, por exemplo em cir- -6- .% / / cunferências concêntricas ou em estrela, ou nos vértices de polígonos regulares, em pente, em quincôncio, etc.

Podem também dispor-se aleatoriamente. A profundidade de cada ilhéu ou maciço varia aleatoriamente entre 5 m e 30 m, isto é, as alturas dos ilhéus ou maciços que constituem um mesmo escudo escalonam-se entre 5m e 30 m. 0 espaçamento entre dois maciços ou ilhéus vizinhos está compreendido entre 3 vezes e 5 vezes a maior largura de cada ilhéu ou maciço.

Os ilhéus ou maciços (2) modificam as propriedades mecânicas da camada superficial na qual se propagam as ondas de superfície consecutivas a um tremor de terra e estas modificações têm como consequência uma modificação do efeito de local, isto é do comportamento mecânico do local onde está construída a obra de engenharia civil. Na condição de o numero de ilhéus ser suficiente e estarem distribuídos judiciosamente em torno da obra, eles formam um escudo que atenua as amplitudes e as acelerações devidas às ondas de superfície e que reduz ou suprime os efeitos destruidores destas.

Os ilhéus ou maciços (2) são descontínuos, isto é, cada um deles ocupa uma pequena superfície e está separado dos ilhéus vizinhos, o que os diferencia de obstáculos lineares, como por exemplo muros ou paredes. A fig. 2 é um corte vertical esquemático de uma primeira forma de realização de um maciço pré-esforçado que tem uma rigidez superior à do solo.

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Este maciço é construído de acordo com um processo descrito na publicação FR A 2 622 909 (Technologies Spéciales In-génierie TSI), nao sendo aqui descrito em pormenor. Recordaremos apenas que um tal maciço compreende um meio de ancoragem (3), que é cravado no solo, uma sapata (4) que assenta no solo e um meio de ligação (5), por exemplo um cabo ou uma haste de aço, que liga o meio de ancoragem à sapata e que é pré-esforçado em tensão, de modo que a faixa de solo compreendida entre a sapata (4) e o meio de ancoragem (3) fica comprimida e apresenta portanto uma rigidez maior do que a do solo envolvente.

As linhas a tracejado (6) representadas nas fig. 2 a 5 representam esquematicamente o contorno das zonas comprimidas.

Se for (L) a maior dimensão da sapata, a zona comprimida extravasa sensivelmente de uma largura igual a L/2 a toda a volta da sapata. A fig. 3 é um corte vertical esquemático de uma variante de realização de um maciço pré-esforçado. Os elementos homólogos representados nas fig. 2 e 3 têm as mesmas referências. A forma de realização segundo a presente invenção da fig. 3 compreende, além disso, duas paredes moldadas (7), dispostas de um lado e do outro da ancoragem. Por exemplo, as paredes (7) sao paredes de betão que é vazado em trincheiras cavadas no solo.

Podem igualmente construir-se maciços localizados com uma rigidez superior à do solo envolvente, compactando o solo entre duas paredes moldadas. A fig. 4 representa uma outra forma de realização de ma- -8- / ciços localizados com uma rigidez superior à do solo envolvente. De acordo com esta forma de realizaçao dispoe-se no solo entre dois maciços pré-esforçados (5,6,7), um bloco de betão (8), que é vazado no solo. A fig. 5 representa uma outra forma de realização de um ilhéu que tem propriedades mecânicas diferentes das do solo. ►

Este ilhéu compreende um maciço pré-esforçado (3,4,5) análogo ao da fig. 2. Contém além disso um bloco de rochas empilhadas (9) que é colocado para além da zona comprimida. O bloco (9) é realizado cavando no solo uma vala ou poços que se enchem em seguida com blocos de rocha que se calcam para aumentar a sua coesão.

As formas de realização das fig. 2 a 5 permitem criar no solo ilhéus localizados com uma rigidez superior â do solo envolvente.

Os meios de ancoragem (3) são colocados a uma profundidade que varia aleatoriamente entre 5 m e 30 m.

0 afastamento entre os maciços que constituem um mesmo escudo é da ordem de 3 a 5 vezes a maior largura L da sapata (4).

As paredes moldadas (7), associadas a um maciço pré-esforçado, têm uma altura igual ou menor do que a altura deste maciço. A fig. 6 representa uma outra forma de realização de ilhéus com propriedades diferentes das do solo.

Nesta figura encontram-se dois maciços pré-esforçados (3,4,5) idênticos ao maciço representado na fig. 2.

A fig. 6 representa alem disso um ilhéu (10) que compreende um furo vertical com um diâmetro compreendido entre 30 cm e 1 m e uma profundidade compreendida entre 5 m e 30 m.

Este furo compreende uma tubagem (11) de material elas-tomérico ou viscoelástico que se enche com um material (12) granular ou pulverulento ou fragmentário, tendo propriedades mecânicas muito diferentes das do solo. Por exemplo, nos terrenos consolidados ou argilosos, o material (12) é areia ou gravilha ou micro-esferas de vidro. Obtém-se assim um ilhéu (10) com um elevado índice de vazios que ê constituído por grãos sem coesão entre si. A fig. 7 representa uma outra forma de realização de ilhéus com propriedades mecânicas diferentes das do solo. A fig. 7 representa dois maciços pré-esforçados (3,4,5) idênticos aos maciços da fig. 2.

Representa além disso um ilhéu (13) que é constituído por um poço cavado verticalmente no solo. Este poço tem um diâmetro maior do que o diâmetro de um pneu. Enche-se com pneus usados (14) que são empilhados uns nos outros.

Estes pneus definem um canal axial que se enche com um material granuloso ou pulverulento (15), por exemplo de grãos de argila expandida, de micro-esferas de vidro, de areia ou de gravilha, que fluem para o interior dos pneus. A fig. 8 é um corte vertical esquemático de uma parte de um escudo pára-sismos segundo a presente invenção.

Este compreende, no plano de corte ou na sua proximidade, -/ο ι quatro maciços pré-esforçados (3,4,5) idênticos ao maciço representado na fig. 2. Vantajosamente, as alturas destes maciços e as alturas (H^) e (E^) das zonas comprimidas variam de um maciço para outro. A compressão do solo tem como efeito que os maciços têm uma rigidez superior à do solo. 0 escudo compreende além disso no plano de corte um ilhéu (16) que é idêntico ao ilhéu (10) da fig. 6 ou ao ilhéu (7) da fig. 7. Este ilhéu compreende um furo ou poço vertical cheio de um material pulverulento ou granuloso, isto é, um material dividido, cujos grãos têm pouca coerência entre si. O ilhéu (16) tem uma rigidez inferior à do solo.

As fig. 6, 7 e 8 representam formas de realização preferidas de escudos pãra-sismos segundo a presente invenção que compreendem simultaneamente maciços localizados pré-esforçados (3,4,5) ou maciços equivalentes compactados ou vazados de betão que têm uma rigidez superior à do solo e dos ilhéus (10,13,16) que são poços ou furos verticais cheios de um material solto, de elevado índice de vazios constituído por grãos sem coesão entre si, tendo esses ilhéus uma rigidez inferior à do solo. A extensão de um escudo pára-sismos segundo a presente invenção depende essencialmente do tipo de obra a proteger e da natureza do solo no qual essa obra é construída. Deve ser respeitada uma relação entre a maior largura (B) do terreno da obra e a profundidade máxima da ancoragem (3) dos maciços pré-esforçados ou dos poços ou furos. Em geral, as profundidades das ancoragens ou dos poços ou furos são iguais a B, B/2, B/4 e B/8.

As dimensões do escudo dependem das dimensões da obra. 0 escudo extravasa de todos os lados da obra de uma largura pelo menos igual à maior largura (B) da obra.

As ancoragens e os poços podem ser realizados indiferentemente em torno da obra segundo uma implantação dita em estrela e distribuída por circunferências sensivelmente concêntricas ou estar alinhados numa disposição dita em pente e a montante da obra em relaçao à direcçao presumida da onda sísmica.

Claims

-12- f REIVINDICAÇÕES 1.- Escudo pára-sismos para proteger uma obra de engenharia civil (1) dos efeitos destrutivos dos tremores de ter ra, que compreende ilhéus pontuais (2) que têm propriedades me cânicas diferéntes das do solo a fim de atenuar as ondas sísmi cas de superfície/ caracterizado por compreender um certo nume ro de ilhéus pontuais (2) que são implantados no solo em torno da referida obra e que têm propriedades mecânicas diferentes das do solo.
2.- Escudo pára-sismos de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada ilhéu pontual compreender um maciço de solo comprimido entre uma ancoragem (3), que está cravada no solo a uma profundidade compreendida entre 5 m e 30 m, e uma placa de apoio (4) que é colocada no solo e que está ligada ã referida ancoragem por um meio de ligação (5) posto sob tensão.
3. - Escudo de acordo com a reivindicação 2, caracte-rizado por os referidos ilhéus pontuais compreenderem além di£ so paredes moldadas (7) cravadas no solo, de um lado e do outro dos referidos maciços comprimidos.
4. - Escudo de acordo com a reivindicação 2, caracte rizado por compreender blocos de betão (8) incorporados no solo entre os referidos maciços comprimidos.
5. - Escudo de acordo com a reivindicação 2, caracteri zado por compreender blocos de rocha (9) empilhados em poços que são colocados entre os referidos maciços comprimidos.
6. - Escudo de acordo com a reivindicação 2, caracte rizado por compreender, além disso, furos ou poços verticais (10) com uma altura compreendida entre 5me30meum diâmétro compreendido entre 30 cm e 1 m que contêm uma tubagem (11) de material elastómero ou viscoelástico cheio de um material granu loso ou pulverulento.
7. - Escudo de acordo com a reivindicação 2, caracte- rizado por compreender, além disso, furos ou poços verticais (13) que são cheios de pneus empilhados (14) e de um material (15) granuloso ou pulverulento.
8. - Escudo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 7, caracterizado por os referidos ilhéus pontuais (2) que constituem um escudo terem alturas que se escalonam entre 5 m e 30 m aproximadamente.
9. - Escudo de acordo com a reivindicação 2, caracte rizado por os espaçamentos entre os referidos maciços comprimidos estarem compreendidos entre três vezes e cinco vezes a maior largura das referidas placas de apoio (4). Liabos, 27 de Março de 1991