WO2013122494A1 - Sistema modular pré-fabricado em betão armado para construção de edifícios - Google Patents

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    • E04B1/04—Structures consisting primarily of load-supporting, block-shaped, or slab-shaped elements the elements consisting of concrete, e.g. reinforced concrete, or other stone-like material
    • E04B1/043—Connections specially adapted therefor

Definitions

  • the present invention relates to a prefabricated modular reinforced concrete system for the construction of U-shaped and Box-type buildings ( Figures 1, 2, 3 and 4) by continuously connecting said pieces in 3 directions, x, y and z (figure 5), thus constituting the foundations, walls and ceilings of a building of 1 or more floors.
  • These self-supporting structures are applied buried, with hollow rectangular section, and can be constructed by monolithic pieces, or by two overlapping pieces. When coupled together they create a tunnel for various functions. Due to their geometry (“Box” and “U”) and composition (reinforced concrete), the parts have performance and strength characteristics that guarantee a long service life. The geometric shape of these pieces favors the resistance, because there is a redistribution of efforts, as they are unique pieces, while in the conventional structures composed by pillars, beams and slabs there are many points of weakness.
  • the modular system makes walls, ceilings and floors at once and does not require any additional elements. Neither for compartmentalising, nor for covering, nor for towing or smoothing floors.
  • the present invention relates to a prefabricated modular reinforced concrete system for the construction of buildings. with pieces in “U” and , Box “where the connection between the pieces is continuous in 3 directions (x, y and z):
  • the distance between the axes of the joint of the pieces in the longitudinal direction x is equal to the outer width y of the pieces, and the joint between the pieces is elastic or rigid.
  • Another object of the present invention is the use of the modular system described above for the construction of buildings.
  • the joining between the pieces is achieved by male-female fitting (1,4,5,6 and 7), with elastic or rigid union depending on the filling and sealing materials to be employed.
  • a mechanical connection can be performed by means of studs (2) and sheet metal (8,9 and 10) to ensure effective tightness between the various parts and to minimize uneven opening of joints.
  • additional connecting elements also serve to maintain the stability of the assembly and to absorb horizontal forces in multi-storey buildings (see figures 5, 7 and 8).
  • components may be added to the concrete composition, such as fibers for increased strength and reduced rate of reinforcement, or materials with thermal characteristics for better thermal behavior.
  • Additional elements may also be incorporated into walls, floors and ceilings in any material to lighten the parts or thermally reinforce them.
  • the process for manufacturing these parts for building construction in accordance with the present invention involves the incorporation of a number of negatives into the molds for creating doors and passageways for plumbing, electrical and telecommunications installations. They will also additionally have some additional metal connections.
  • the on-site application process of this precast concrete system consists essentially of the following steps:
  • This system needs no foundation, nor is it fixed to the ground.
  • the piece is self-supporting and its base is foundation, floor, walls and ceilings. That is, it has the particularity of being able to take it to another place.
  • Figure 1 shows the geometry of the male-type box-type part where: 1 - Concrete fitting (male and female); 2 - Connecting and lifting bolt; 3 Negatives of electrical and telecommunications installations; 4 - Negatives of hydraulic installations; 5 - Negatives of ventilation.
  • Figure 2 shows the geometry of the box-type part with "female" fitting, where: 1 - Concrete fitting (male and female); 2 - Connecting and lifting bolt; 3 - Negatives of electrical and telecommunications installations; 4 - Negatives of hydraulic installations; 5 - Negatives of ventilation.
  • Figure 3 shows the geometry of the "U” type part with “male” insert, in which: 1 - Concrete insert (male and female); 2 - Connecting and lifting bolt; 5 Negatives of ventilation.
  • Figure 4 shows the geometry of the "U” type insert with “female” insert, in which: 1 - Concrete insert (male and female); 2 - Connecting and lifting bolt; 5 Negatives of ventilation.
  • Figure 5 shows the possibilities of associating parts in different directions, in which: 1 - Concrete fitting (male and female); 2 - Connecting and lifting bolt; 3 - Negatives of electrical and telecommunications installations; 4 - Hydraulic installations negatives; 5 - Negatives of ventilation.
  • Figure 6 shows in section the fittings between parts, where: 3 - Negatives of electrical and telecommunications installations; 6 - “Box” or “U” with top male connection; 7 - "Box” or “U” female; 8 - “Box” or “U” male; 9 - “Box” or “U” with top female connection.
  • Figure 7 shows in view the additional external mechanical connections, where 2 - Connecting and lifting bolt; 3 - Negatives of electrical and telecommunications installations; 10 - Outer metal connection plate.
  • Figure 8 shows in view the additional interior mechanical connections, where 11 - Exterior metal connection gusset.
  • Figure 9 presents in plan an example of application of the system to a residential dwelling, in which: 12 - Kitchen; 13 - Room; 14 - Rooms; 15 - Sanitary facilities.
  • Figure 10 presents an example of applying the system to a residential dwelling.

Abstract

A presente invenção refere-se a um sistema modular pré- fabricado em betão armado para a construção de edifícios com peças em "U" e "Box" através da ligação contínua das referidas peças em 3 direções, constituindo assim as fundações, paredes e tetos de um edifício, de 1 ou mais pisos.

Description

DESCRIÇÃO
"Sistema modular pré-fabricado em betão armado para
construção de edifícios"
Campo da invenção
A presente invenção refere-se a um sistema modular pré- fabricado em betão armado para a construção de edifícios com peças em "U" e "Box" (figura 1,2,3 e 4) através da ligação contínua das referidas peças em 3 direções, x, y e z (figura 5), constituindo assim as fundações, paredes e tetos de um edifício, de 1 ou mais pisos.
Antecedentes da invenção
Na pré-fabricação de betão armado desde há muito tempo que são largamente utilizadas peças com a forma de "U" e "Box" na construção de passagens hidráulicas, passagens agrícolas e outras passagens técnicas para travessia de veículos.
Estas estruturas autoportantes aplicam-se enterradas, com secção rectangular oca, podendo ser construídas por peças monolíticas, ou por duas peças sobrepostas. Ao serem acoplados umas às outras criam um túnel para diversas funções. Devido a sua geometria ("Box" e "U") e composição (betão armado) , as peças possuem características de desempenho e resistência que lhe garantem uma prolongada vida útil. A forma geométrica destas peças favorece a resistência, porque existe uma redistribuição de esforços, uma vez que são peças únicas, enquanto nas estruturas convencionais compostas por pilares, vigas e lajes existem muitos pontos de fragilidade.
A versatilidade destas estruturas torna-as cada vez mais uma opção onde a resistência, durabilidade e economia seja importante .
No sector da construção o tempo de execução de obra revela- se cada vez mais um fator essencial no custo final do imóvel, o que originou o aparecimento no mercado de inúmeros sistemas modulares pré- fabricados de forma a minimizar este tempo, através da produção em série.
Na presente invenção usa-se apenas um único material (betão armado) e um único elemento (box ou U), enquanto os outros sistemas existentes são compostos por muitos materiais /elementos (estrutura + paredes + compartimentação +camadas de enchimento + rebocos + revestimentos + etc.) .
Na presente invenção o sistema modular faz de paredes, tectos e pavimentos de uma vez só e não necessita de nenhum elemento adicional. Nem para compartimentar, nem para revestir, nem para rebocar ou regularizar pavimentos.
Sumário da invenção
A presente invenção tem como objecto um sistema modular pré-fabricado em betão armado para construção de edifícios com peças em "U" e ,Box" em que a ligação entre as peças é continua em 3 direções (x, y e z):
x) são associados no sentido longitudinal das peças, formando um espaço tipo túnel;
y) são associadas a 90° entre si, com ligações metálicas internas entre as peças;
z) são associadas em altura, através de pernos metálicos (2 ) .
Numa realização preferencial do sistema da presente invenção, a distância entre os eixos do encaixe das peças no sentido longitudinal x é igual à largura y exterior das peças, e a união entre as peças é elástica ou rígida.
Outro objecto da presente invenção é a utilização do sistema modular descrito anteriormente para a construção de edifícios .
Descrição pormenorizada da invenção
Na presente invenção propõe-se um sistema modular onde se aplicam estas peças na construção de edifícios através de uma associação estudada em termos geométricos (figura 9 e 10) e com sistemas de ligação específicos (1, 4, 5, 6, 7, 8, 9 e 10), nomeadamente:
x) Poderão ser associados no sentido longitudinal das peças com os encaixes definidos de acordo com a figura 6 formando um espaço tipo túnel.
y) Poderão ser associadas a 90° entre si, com ligações metálicas internas entre as peças de acordo com a figura 8, para poder criar comunicações entre compartimentos. Neste caso são incorporados negativos dentro do molde de fabrico da peça para se criar as portas de comunicação entre os espaços,
z) Poderão ser associadas em altura, através de pernos metálicos (2) de acordo com a figura 5, para a criação de estruturas multipisos.
A união entre as peças é conseguida por encaixe macho-fêmea (1,4,5,6 e 7), com união elástica ou rígida em função dos materiais de enchimento e selagem a empregar.
Adicionalmente poderá ser executada uma ligação mecânica, através de pernos (2) e chapas metálicas (8,9 e 10) de forma a assegurar o eficaz aperto entre as várias peças e a minimizar abertura desigual de juntas. Estes elementos adicionais de ligação também servem para manter a estabilidade do conjunto e absorver as forças horizontais nos casos dos edifícios de vários pisos, (ver figuras 5, 7 e 8)
A aplicação conjugada ou não destas peças permite criar as fundações, pavimentos, paredes e tetos de um edifício, de uma só vez, sem qualquer betonagem local e sem necessidade adicional de paredes interiores ou exteriores.
No entanto embora não necessário, o sistema permite a incorporação de outros elementos construtivos, como por exemplo: paredes em painel e lajes pré-fabricadas em betão. A articulação destas peças permite a criação de vários tipos de espaços interiores, com várias hipóteses de arquitetura (figura 9) .
Em geral as peças serão em betão armado com as seguintes características:
- Betão: C16/20, C20/25, C30/37, C35/45 ou outra classe de acordo com o dimensionamento.
- Aço em armaduras e redes electro soldadas: A400 NR, A400 SD, A500 NR, A500 SD, A500 Er ou outra de acordo com o dimensionamento.
- Recobrimento mínimo de 0,025m.
No entanto poderão ser adicionados à composição do betão componentes, como por exemplo fibras para maior resistência e diminuição da taxa de armaduras, ou materiais com características térmicas para melhor comportamento térmico.
Poderão também ser incorporados nas paredes, pavimentos e tectos elementos adicionais num qualquer material para aligeirar as peças ou reforçá-las termicamente.
0 sistema proposto tem as seguintes vantagens:.
Possibilidade de industrialização;
Redução de inúmeras fases de obra (fundações, paredes, rebocos e camadas de enchimento) ;
Baixos custos de produção e mão-de-obra reduzida na aplicação do sistema;
Elevada resistência estrutural e durabilidade;
Tempo reduzido de execução de obra ; Flexibilidade do sistema face as necessidades arquitetónicas ;
Possibilidade do faseamento construtivo ao longo da vida útil de uma construção.
Existem dois tipos de processos produtivos para o fabrico das Box-Culvert, quer se trate de peças monolíticas ou da solução de duas peças tipo "U" sobrepostas ou um peça em "U" .
O processo para fabrico destas peças para a construção de edifícios, de acordo com a presente invenção, implica a incorporação de uma série de negativos dentro dos moldes para criação de portas e passagens de instalações hidráulicas, eléctricas e telecomunicações. Terão também adicionalmente algumas ligações metálicas adicionais.
1) Moldagem automática num processo muito idêntico ao utilizado no fabrico das manilhas resultando peças monolíticas com um acabamento rugoso devido a desmoldagem imediata ainda com o betão fresco, o que só possível graças às potentes vibrações induzidas pelo equipamento utilizado que permitem a obtenção de peças de elevada resistência e rigor.
2) Na presente invenção é usada a moldagem manual, em moldes de elevada robustez o que permitem a obtenção de peças com elevada qualidade e rigor que apresentam uma superfície bastante lisa sendo a ligação entre diferentes peças inferiores e superiores controlada e garantida por um sistema de encaixe macho-fêmea.
Após a produção das peças, serão transportadas para o local da obra e passa-se a fase de montagem de acordo com o pro eto .
0 processo de aplicação em obra deste sistema pré-fabricado em betão consiste essencialmente nas seguintes etapas:
Abertura da vala e acertos de cotas;
Preparação da base de assentamento normalmente em Betão de limpeza ou simplesmente uma caixa de brita;
Assentamento das peças com recurso a Auto Grua;
Selagem das juntas de acordo com o definido no pro eto;
Aplicação de pinturas diretas no betão;
Aplicação de caixilharias, carpintarias e instalações hidráulicas, elétricas, telecomunicações e mecânicas;
Este sistema não necessita de fundação, nem fica fixo ao solo. A peça é autoportante e a sua base faz de fundação, pavimento, paredes e tectos. Ou seja, tem a particularidade de se poder levar para outro local.
Com a durabilidade que o betão tem este sistema é um investimento que pode ser aproveitado no futuro.
Não tem qualquer argamassa na obra, não é necessário água na obra. Será sem dúvida o processo modular rápido de montar em obra, por exemplo um T3 com 22 peças é só encaixar essa 22 peças e aparafusá-las , pelo que 2 dias de trabalho será o suficiente.
Descrição das figuras
Para uma mais fácil compreensão da invenção juntam-se as figuras, as quais, representam realizações preferenciais do invento que, contudo, não pretendem, limitar o objecto da presente invenção.
A figura 1 apresenta em vista a geometria da peça tipo "Box" com encaixe tipo "macho" em que: 1 - Encaixe de betão (macho e fêmea); 2 - Perno de ligação e elevação; 3 Negativos de instalações eléctricas e telecomunicações; 4 - Negativos de instalações hidráulicas; 5 - Negativos de ventilação .
A figura 2 apresenta em vista a geometria da peça tipo "Box" com encaixe tipo "fêmea", em que: 1 - Encaixe de betão (macho e fêmea) ; 2 - Perno de ligação e elevação; 3 - Negativos de instalações eléctricas e telecomunicações; 4 - Negativos de instalações hidráulicas; 5 - Negativos de ventilação .
A figura 3 apresenta em vista a geometria da peça tipo "U" com encaixe tipo "macho", em que: 1 - Encaixe de betão (macho e fêmea); 2 - Perno de ligação e elevação; 5 Negativos de ventilação.
A figura 4 apresenta em vista a geometria da peça tipo "U" com encaixe tipo "fêmea", em que: 1 - Encaixe de betão (macho e fêmea) ; 2 - Perno de ligação e elevação; 5 Negativos de ventilação.
A figura 5 apresenta em vista as possibilidades de associação de peças, nas diversas direcções, em que: 1 - Encaixe de betão (macho e fêmea); 2 - Perno de ligação e elevação; 3 - Negativos de instalações eléctricas e telecomunicações; 4 -Negativos de instalações hidráulicas; 5 - Negativos de ventilação.
A figura 6 apresenta em corte os encaixes entre peças, em que: 3 - Negativos de instalações eléctricas e telecomunicações; 6 - "Box" ou "U" com ligação em macho de topo; 7 - "Box" ou "U" fêmea; 8 - "Box" ou "U" macho; 9 - "Box" ou "U" com ligação em fêmea de topo.
A figura 7 apresenta em vista as ligações mecânicas exteriores adicionais, em que 2 - Perno de ligação e elevação; 3 - Negativos de instalações eléctricas e telecomunicações; 10 - Chapa de ligação metálica exterior.
A figura 8 apresenta em vista as ligações mecânicas interiores adicionais, em que 11 - Cantoneira de ligação metálica exterior. A figura 9 apresenta em planta um exemplo de aplicação do sistema a uma moradia habitacional, em que: 12 - Cozinha; 13 - Sala; 14 - Quartos; 15 - Instalações Sanitárias.
A figura 10 apresenta em vista um exemplo de aplicação do sistema a uma moradia habitacional.
Lisboa, 15 de Fevereiro de 2013

Claims

REIVINDICAÇÕES
1 - Sistema modular pré-fabricado em betão armado para construção de edifícios com peças em "U" e "Box" caracterizado por a ligação entre as peças ser contínua em 3 direções:
x) são associados no sentido longitudinal das peças, formando um espaço tipo túnel;
y) são associadas a 90° entre si, com ligações metálicas internas entre as peças;
z) são associadas em altura, através de pernos metálicos ( 2 ) .
2 - Sistema de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por a distância entre os eixos do encaixe das peças no sentido- longitudinal x ser igual à largura y exterior das peças.
3 - Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por a união entre as peças ser elástica ou rígida.
4 - Utilização do sistema descrito nas reivindicações anteriores caracterizado por ser usado para construção de edifícios .
Lisboa, 15 de Fevereiro de 2013
1
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