WO2015061862A1 - Fundação híbrida para torres - Google Patents

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tower
metal
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Paulo Emmanuel De Abreu
Paulo Emmanuel DE ABREU JUNIOR
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Paulo Emmanuel De Abreu
De Abreu Junior Paulo Emmanuel
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    • E02D27/00—Foundations as substructures
    • E02D27/32—Foundations for special purposes
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H12/00—Towers; Masts or poles; Chimney stacks; Water-towers; Methods of erecting such structures
    • E04H12/22—Sockets or holders for poles or posts
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    • E04H12/22—Sockets or holders for poles or posts
    • E04H12/2253—Mounting poles or posts to the holder

Definitions

  • the present invention relates to foundations such as superstructures, more particularly special purpose tower / vertical support foundations.
  • Some tower support configurations utilize the general foundation concept configured by an all-metal frame to dispense with ! concrete utilization, featuring a lighter weight structure that provides greater logistic transport capacity, faster assembly, and lower expenses, since it does not require materials and time for concreting.
  • Such structures are known, for example, from documents BRPI0203213 and CN102400471, which feature tower metal foundations that do not require the use of concrete.
  • Typical support and anchoring systems for such metal structures are known, for example, from WO2013063024, US20130160380, US20050074298 or US7510350.
  • tower support lattice type metal structures typically has various forms of inclined lattices, as seen in CN101798815 and CN202108054.
  • Light lattice metal structures used as a foundation and support for Towers necessarily need anchor devices to support tipping moments, and for that, they need ground testing and excavation procedures for anchor system deployment.
  • the hybrid model presented by CN202689024 which combines a metal frame with heavy support structures, although utilizing materials for support and stability of the metal structure, such as cast concrete slabs, does not provide a better use of the quick assembly characteristics associated with greater robustness of a metal frame foundation, as such heavy structures only fix the lower ends of the metal frame between the gaps (exposing them) and are overlapped (acting as a stabilizing weight) over a required additional metal frame, which It is positioned between said concrete plate and the ground. Also, the fact that the heavy support materials are detached (not interconnected with each other), and are not positioned completely externally to the metal structure, also contribute to a lower protection of the tower foundation metal structure, as it allows external access. to the ends of said metal structure.
  • the present invention aims to provide a quick-assembling hybrid tower foundation structure that provides the practicality of installing a lightweight metal foundation associated with vertical concrete slabs that are positioned completely external to the vertical structure for protection. , being completely interconnected by metal trusses to prevent the tower tipping and additionally preventing access to the tower.
  • the metal trusses attached to the structure interconnected to the fully external vertical concrete slabs are installed above ground without the use of ground anchoring systems, and therefore do not require ground excavation.
  • Fig. 1 shows a perspective view of the hybrid foundation of the present invention applied to a monotubular tower (may also be applied to a lattice tower).
  • Fig. 2 shows a cross-sectional view of the hybrid foundation of the present invention applied to a monotubular tower (may also be applied to a lattice tower).
  • Fig. 3 shows a top view of the hybrid foundation of the present invention applied to a monotubular tower (may also be applied to a lattice tower).
  • Figs. 4a and 4b show details of the fastening elements between the metal truss and the monotubular tower (it can also be applied to a truss tower).
  • Figs. 5a and 5b show details of the fasteners between the metal truss and the concrete slabs.
  • Fig. 6 shows a view of the inner face of the interconnected concrete slabs.
  • the present invention illustrates in its figures, by way of example and non-limiting, a quick-mount hybrid foundation applied to single-tower towers, but the hybrid foundation is applicable to towers of various other shapes, including lattice towers.
  • Figs. 1 to 3 show views of the hybrid foundation (1) of the present invention applied to a monotubular tower (2), wherein it can be seen that the hybrid foundation (1) comprises a plurality of vertical concrete slabs (3) and a lattice (4) comprising inclined diagonals (6), upper horizontal flanges (7) and lower horizontal flanges (8)
  • the hybrid foundation (1) may be positioned above ground (5).
  • the greater robustness of the hybrid foundation (1) of the present invention is ensured by a metal truss (4) to be fixed together with the tower and the interconnected vertical concrete plates (3).
  • the metal lattice (4) is fixed to the tower, and the vertical concrete plates (3) are positioned externally to the metal lattice (4).
  • the vertical concrete plates (3) and the metal trusses (4) are interconnected by fastening elements which also guarantee the greater robustness of the hybrid foundation (1) of the present invention.
  • the trusses comprise inner upper ends (9) and inner lower ends (10) which are fixed to the tower by means of fasteners.
  • the trusses also comprise upper outer ends (11) and lower outer ends (12), which are fixed to the vertical concrete plates (3) by means of fasteners.
  • the inner upper end fasteners 9 and inner lower end 10 fastened to the tower comprise an upper flange 13 and a lower flange 14 joining the tower.
  • the upper flange (13) joining the outside of the mid section of the tower is attached to the inner upper ends (9) of the upper horizontal flanges (7) and the inclined diagonals (6), while the lower flange (14) joining the The outside of the tower base section is fixed to the lower inner ends (10) of the lower horizontal flanges (8) and the inclined diagonals (6).
  • the fasteners of the outer upper ends (11) and outer lower ends (12) of the trusses attached to the vertical concrete plates comprise an upper cylindrical member (15) and a lower cylindrical member (16).
  • the upper cylindrical element (15) is positioned on each upper central part of each vertical concrete plate (3) for connecting the outer end of an upper horizontal truss (7), and said upper cylindrical element
  • the lower cylindrical member (16) is positioned at each lower central portion of each vertical concrete plate (3) for connection to the outer end of a lower horizontal truss (8), and said lower cylindrical member
  • (16) has an extension segment (18) connecting to the lower outer end of a slanted truss (6).
  • the vertical concrete plates (3) are positioned completely externally to the metal trusses (4), all vertical concrete plates (3) being interconnected. fastening elements which also guarantee the most robustness of the solution proposed by the present invention.
  • the fastening elements for interconnecting the vertical concrete plates (3) comprise at least one internal angular fixing plate (19) located between the vertical concrete plates (3), and at least one external angular fixing plate (20). ) situated between the vertical concrete slabs (3).
  • fastening means are applicable between said fasteners, such as any known types of screws or fasteners.
  • angled fixing plates are provided as fixing elements for interconnecting vertical concrete plates.
  • the present invention is not limited to this form, and the clamping plates may be of other shapes that adapt to the shape of the vertical plates, for example, curved external and internal clamping plates adapted for clamping curved vertical concrete plates.

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Abstract

A presente invenção visa proporcionar uma estrutura híbrida de fundação sobre o solo, semi-enterrada ou totalmente enterrada ao solo, de rápida montagem para torres ou postes, que apresente a praticidade da instalação de uma fundação metálica, associada com placas de concreto verticais que são posicionadas de modo completamente externo à estrutura vertical (torre ou poste) e são totalmente interligadas por treliças metálicas para evitar tombamento da estrutura vertical servindo também para proteção e impedimento de acesso à estrutura vertical. As extremidades externas superiores e inferiores das treliças metálicas são fixadas a placas de concreto por meio de elementos de fixação, e as extremidades internas superiores e inferiores das treliças da fundação metálica são fixadas a torre por meio de elementos de fixação.

Description

"FUNDAÇÃO HÍBRIDA PARA TORRES".
FUNDAMENTO DA INVENÇÃO CAMPO TÉCNICO
A presente invenção se refere a fundações como superestruturas, mais particularmente fundações para fins especiais de suporte de torres / estruturas verticais.
ESTADO DA TÉCNICA
A grande maioria das fundações de estruturas verticais são os tradicionais volumes de concreto enterrados ao solo. Dentre os principais tipos destacam-se tubulões, radiers, estacas, etc, onde o projeto de fundação é desenvolvido após análise de um laudo de sondagem prévio.
Algumas configurações de suporte de torres utilizam o conceito geral de fundação configurada por uma estrutura totalmente metálica visando dispensar a ! utilização de concreto, apresentando uma estrutura de menor peso que propicie maior capacidade logística de transporte, montagem mais rápida, e menores gastos, uma vez que dispensa materiais e tempo para concretagem. Tais estruturas são conhecidas, por exemplo, pelos documentos BRPI0203213 e CN102400471 , que apresentam fundações metálicas de torre que dispensam o uso de concreto.
Sistemas típicos de suporte e ancoragem para tais estruturas metálicas são conhecidos, por exemplo, pelos documentos de patente WO2013063024, US20130160380, US20050074298 ou US7510350.
A utilização de estruturas metálicas tipo treliçadas de suporte de torres tipicamente possuem diversas formas de treliças inclinadas, tal como vistas em CN101798815 e CN202108054.
Outra configuração de suporte de torre pode ser vista no documento de patente CN202689024, que apresenta uma fundação metálica para torre associando a utilização da estrutura metálica com materiais de suporte estabilizadores, representados por materiais desprendidos (soltos) tais como concretos pré-moldados, blocos, pedras, etc. Tal documento apresenta a possibilidade de aplicação da fundação sobre o solo ou enterrado neste.
REVELAÇÃO PROBLEMA TÉCNICO
Estruturas metálicas treliçadas leves, utilizadas como fundação e suporte de torres, necessariamente precisam de dispositivos de ancoragem para suportar os momentos de tombamento, e para tanto, precisam de ensaios do solo e procedimentos de escavação para implantação do sistema de ancoragem.
Ademais, caso seja necessário impedir o acesso a tais estruturas metálicas, é necessária a colocação de cercas ou muros de proteção externa para minimizar os problemas de vandalismo e roubo dos equipamentos que compõe uma estação rádio base, por exemplo.
No caso de estruturas mais pesadas que utilizem concreto na fundação e suporte de torres, há a necessidade de uma série de etapas de procedimento de concretagem, tais como a colocação de formas e ferragens no local de instalação, e o tempo necessário de cura, procedimento que leva semanas para conclusão.
O modelo híbrido apresentado por CN202689024, que associa uma estrutura metálica com estruturas pesadas de apoio, apesar de utilizar materiais para suporte e estabilidade da estrutura metálica, tais como placas de concreto moldado, não propiciam um melhor aproveitamento das características de rápida montagem associada a maior robustez de uma fundação de estrutura metálica, uma vez que tais estruturas pesadas apenas fixam as extremidades inferiores da estrutura metálica entre os vãos (expondo-as) e são sobrepostas (atuando como um peso de estabilização) sobre uma estrutura metálica adicional necessária, a qual é posicionada entre a dita placa de concreto e o solo. Ainda, o fato dos materiais pesados de suporte serem desprendidos (não serem interligados entre si), e não serem posicionados de modo totalmente externo a estrutura metálica, também contribuem com uma menor proteção da estrutura metálica de fundação da torre, pois possibilita o acesso externo às extremidades da dita estrutura metálica.
SOLUÇÃO TÉCNICA
A presente invenção visa a proporcionar uma estrutura híbrida de fundação sobre o solo de rápida montagem para torres, que apresente a praticidade da instalação de uma fundação metálica leve, associada com placas de concreto verticais que são posicionadas de modo completamente externo à estrutura vertical para proteção, sendo totalmente interligadas por treliças metálicas para evitar o tombamento da torre e adicionalmente impedindo o acesso à torre.
EFEITOS VANTAJOSOS
A utilização de uma estrutura interligada de placas de concreto distantes do centro da torre, possibilitam maior eficiência do peso das placas na função de suporte da estrutura vertical, possibilitando a melhoria de suporte do momento de tombamento da torre.
As treliças metálicas fixadas à estrutura interligadas às placas de concreto verticais totalmente externas são instaladas acima do solo dispensando a utilização de sistemas de ancoragem no solo, e consequentemente não necessita de escavação do solo
A utilização da estrutura interligada de placas de concreto verticais prefabricadas da presente invenção dispensa uma série de etapas de procedimento de concretagem, tais como a sondagem, escavação, colocação de formas e ferragens no local de instalação, e o tempo necessário de cura.
A utilização das placas de concreto na posição vertical funcionando como muro funcionam de maneira mais eficaz, oferecendo maior resistência ao vandalismo que as tradicionais cercas metálicas, ou mesmo muros de alvenaria, reduzindo tempo de instalação e custos da solução.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
A Fig. 1 apresenta uma vista em perspectiva da fundação híbrida da presente invenção aplicada a uma torre monotubular (podendo ser também aplicada a uma torre treliçada).
A Fig. 2 apresenta uma vista em seção transversal da fundação híbrida da presente invenção aplicada a uma torre monotubular (podendo ser também aplicada a uma torre treliçada).
A Fig. 3 apresenta uma vista superior da fundação híbrida da presente invenção aplicada a uma torre monotubular (podendo ser também aplicada a uma torre treliçada).
As Figs. 4a e 4b apresentam detalhes dos elementos de fixação entre a treliça metálica e a torre monotubular (podendo ser também aplicada a uma torre treliçada).
As Figs. 5a e 5b apresentam detalhes dos elementos de fixação entre a treliça metálica e as placas de concreto.
A Fig. 6 apresenta uma vista da face interna das placas de concreto interligadas.
DESCRIÇÃO DETALHADA
A presente invenção apresenta em suas figuras, a título exemplificativo e não limitativo, uma fundação híbrida de rápida montagem aplicada em torres monotubulares, porém a fundação híbrida é aplicável a torres de diversos outros formatos, incluindo torres treliçadas.
As Figs. 1 a 3 apresentam vistas da fundação híbrida (1) da presente invenção aplicada à uma torre monotubular (2), em que pode ser visto que a fundação híbrida (1), compreende uma pluralidade de placas de concreto verticais (3) e uma treliça metálica (4) compreendendo diagonais inclinadas (6), banzos horizontais superiores (7) e banzos horizontais inferiores (8)
Em um modo de execução a fundação híbrida (1) pode ser posicionada acima do solo (5).
A maior robustez da fundação híbrida (1) da presente invenção é garantida por uma treliça metálica (4) a ser fixada em conjunto com a torre e com as placas de concreto verticais (3) interligadas.
A treliça metálica (4) é fixada a torre, e as placas de concreto verticais (3) são posicionadas externamente às treliças metálicas (4).
As placas de concreto verticais (3) e as treliças metálicas (4) sendo interligadas entre si por elementos de fixação que também garantem a maior robustez da fundação híbrida (1) da presente invenção.
As treliças compreendem extremidades superiores internas (9) e extremidades inferiores internas (10) que são fixadas à torre por meio de elementos de fixação. As treliças também compreendem extremidades superiores externas (11) e extremidades inferiores externas (12), as quais são fixadas às placas de concreto verticais (3) por meio de elementos de fixação.
Tal como visto em detalhes nas Figs. 4a e 4b, os elementos de fixação das extremidades superiores internas (9) e extremidades inferiores internas (10) fixadas à torre, compreendem um flange superior (13) e um flange inferior (14) de junção à torre.
O flange superior (13) de junção à parte externa da seção intermediária da torre é fixado às extremidades superiores internas (9) das banzos horizontais superiores (7) e das diagonais inclinadas (6), enquanto o flange inferior (14) de junção à parte externa da seção de base da torre é fixado às extremidades inferiores internas (10) das banzos horizontais inferiores (8) e das diagonais inclinadas (6).
Tal como visto em detalhes nas Figs. 5a e 5b, os elementos de fixação das extremidades superiores externas (1 1 ) e extremidades inferiores externas (12) das treliças fixadas às placas de concreto verticais compreendem um elemento cilíndrico superior (15) e um elemento cilíndrico inferior (16).
O elemento cilíndrico superior (15) é posicionado em cada parte central superior de cada placa de concreto vertical (3) para conexão da extremidade exterior de uma treliça horizontal superior (7), e o dito elemento cilíndrico superior
(15) possui um segmento de extensão (17) de conexão com a extremidade superior externa de uma treliça inclinada (6).
O elemento cilíndrico inferior (16) é posicionado em cada parte central inferior de cada placa de concreto vertical (3) para conexão da extremidade exterior de uma treliça horizontal inferior (8), e o dito elemento cilíndrico inferior
(16) possui um segmento de extensão (18) de conexão com a extremidade inferior externa de uma treliça inclinada (6).
De modo surpreendente, tal como visto, por exemplo, na Fig. 3 e 6, as placas de concreto verticais (3) são posicionadas de modo totalmente externo às treliças metálicas (4), sendo todas as placas de concreto verticais (3) interligadas entre si por elementos de fixação que também garantem a maior robustez da solução proposta pela presente invenção.
Particularmente, os elementos de fixação para interligação das placas de concreto verticais (3) compreendem ao menos uma placa angular interna de fixação (19) situada entre as placas de concreto verticais (3), e ao menos uma placa angular externa de fixação (20) situada entre as placas de concreto verticais (3).
Vários tipos de meios de fixação são aplicáveis entre os ditos elementos de fixação, tais como quaisquer tipos de parafusos ou peças de fixação conhecidas.
Na presente invenção, a título exemplificativo são apresentadas placas angulares de fixação (externas e internas) como elementos de fixação para interligação das placas de concreto verticais. Contudo a presente invenção não se limita a esta forma, e as placas de fixação podem ser de outros formatos que se adaptem ao formato das placas verticais, por exemplo, placas externas e internas de fixação curvas adaptadas para fixação de placas de concreto verticais curvas.

Claims

REIVINDICAÇÕES
01. Fundação híbrida para torres caracterizada por compreender:
uma pluralidade de placas de concreto verticais (3);
treliças metálicas (4) compreendendo diagonais inclinadas (6), banzos horizontais superiores (7) e banzos horizontais inferiores (8); em que as treliças (4) são fixada a torre, as placas de concreto verticais (3) são posicionadas externamente às treliças metálicas (4), as placas de concreto verticais (3) e as treliças metálicas (4) sendo interligadas entre si por elementos de fixação; e
em que uma pluralidade de extremidades superiores externas (1 1) e extremidades inferiores externas (12) das treliças estão fixadas as placas de concreto verticais (3) por meio de elementos de fixação, e uma pluralidade de extremidades superiores internas (9) e extremidades inferiores internas (10) das treliças estão fixadas à torre por meio de elementos de fixação.
02. Fundação híbrida para torres de acordo com a reivindicação 01 , caracterizada por
a pluralidade de placas de concreto verticais (3) e a treliças metálicas (4) serem posicionadas acima do solo, semi-enterrada ou totalmente enterrada ao solo.
03. Fundação híbrida para torres de acordo com a reivindicação 01 , cujos elementos de fixação das extremidades superiores externas ( 1) e extremidades inferiores externas (12) das treliças fixadas às placas de concreto verticais (3) são caracterizados por compreenderem
um elemento cilíndrico superior (15) em cada parte central superior de cada placa de concreto vertical (3) para conexão da extremidade exterior de um banzo horizontal superior (7), cujo elemento cilíndrico superior (15) possui um segmento de extensão (17) de conexão com a extremidade superior externa de uma diagonal inclinada (6); e
um elemento cilíndrico inferior (16) em cada parte central inferior de cada placa de concreto vertical (3) para conexão da extremidade exterior de um banzo horizontal inferior (8), cujo elemento cilíndrico inferior (16) possui um segmento de extensão (18) de conexão com a extremidade inferior externa de uma diagonal (6).
04. Fundação híbrida para torres de acordo com a reivindicação 01 , na qual o elemento de fixação das extremidades superiores internas (9) das treliças inclinadas (6) e das treliças horizontais superiores (7) compreende uma flange superior (13) de junção à parte externa da seção intermediária da torre.
05. Fundação híbrida para torres de acordo com a reivindicação 01 , na qual o elemento de fixação das extremidades inferiores internas (10) das diagonais inclinadas (6) e dos banzos horizontais inferiores (8) compreende uma flange inferior (14) de junção à parte externa da seção de base da torre.
06. Fundação híbrida para torres de acordo com a reivindicação 01 , cujos elementos de fixação para interligação das placas de concreto verticais (3) são caracterizados por compreenderem
ao menos uma placa angular interna (19) de fixação situada entre as placas de concreto verticais (3); e
ao menos uma placa angular externa de fixação (2) situada entre as placas de concreto verticais.
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