PT109199A - Sistema anti erosão em material geossintético - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO A UM SISTEMA ANTI EROSÃO EM MATERIAL GEOSSINTÉCNICO, O QUAL É PREFERENCIALMENTE NA MATÉRIA-PRIMA CONSTITUÍDA PELA MISTURA DE POLIPROPILENO (PP) E POLIETILENO (PE) - TECNICAMENTE DESIGNADO DE POLYSTEEL - EM VEZ DE APENAS POLIPROPILENO OU POLIÉSTER OU NÁILON, OBTENDO-SE O COMPROMISSO ENTRE AS PROPRIEDADES MECÂNICAS DO POLIPROPILENO, COM AS PROPRIEDADES QUÍMICAS DO POLIETILENO, ALIADO À BOA RESISTÊNCIA AOS AGENTES AMBIENTAIS CONSEGUIDOS ATRAVÉS DA INCORPORAÇÃO DE ESTABILIZADORES DAS CADEIAS MOLECULARES. A PROPORÇÃO DE PP DEVE VARIAR DESDE 50% ATÉ 90% E A DE PE DESDE 10% ATÉ 50%.

Description

DESCRICAO "SISTEMA ΑΝΤΙ EROSÁO EM MATERIAL GEOSSINTÉCNICO"

Campo técnico e enquadramento da invengáo A presente invengao é um sistema anti erosao em material geossintético, cujo objetivo é proporcionar um processo de protegao suave e sustentável contra a erosao, adaptado a condigóes hidrodinámicas severas.

Estado da técnica da invengao

Fenómenos de erosao, especialmente ñas zonas costeiras, bem como ñas áreas de ríos, tém impactos económicos, sociais e ambientáis significativos. Esta questáo é hoje em día urna grande preocupagáo, que é agravada pelas alteragóes climáticas e pela ocorréncia de fenómenos hidrológicos extremos. Solugóes baseadas em materiais geossintéticos tém um bom potencial neste dominio.

De acordo com das Neves (2011), existem várias preocupagóes devido ao uso de geossintéticos em trabalhos de protegao costeira relacionadas com os materiais, como com a concegáo e implementagáo destas tecnologías (tal como a resisténcia das costuras, o deslocamento dos elementos individuáis, a subsidéncia, etc.). Também afirma que, além dos requisitos relativos á durabilidade, por exemplo, a resisténcia as radiagóes (UV), aparentemente um material compósito que combine as propriedades de permeabilidade/drenagem (hidráulica) com propriedades de resistencia é o mais adequado para este tipo de aplicagáo. A permeabilidade permite que a água flua livremente através dos graos de areia o que significa que durante o ataque das ondas as forgas podem ser absorvidas pelos graos de areia e nao pelo geotéxtil. As boas propriedades de drenagem fazem com que a água seja libertada rápidamente, sem nenhum aumento de pressáo. As boas propriedades mecánicas garantem a sobrevivencia durante o enchimento/assentamento e também um melhor comportamento durante a vida útil da construgáo, nomeadamente em situagóes de deslocamentos diferenciáis que induzem tensóes adicionáis e também em caso de vandalismo.

Os geossistemas de confinamento de areias, nomeadamente com configuragóes cilindricas, podem responder positivamente a urna crescente exigencia de novas técnicas de defesa costeira flexiveis, reversiveis e menos impactantes sob o ponto de vista paisagistico. No entanto, a sua utilizagáo generalizada como estrutura permanente apresenta alguns desafios significativos, especialmente em zonas costeiras expostas á agitagáo marítima com características de elevada energía. A principal vantagem dos sistemas de confinamento de areias incorporando material geotéxtil, em comparagáo com sistemas convencionais constituidos por blocos pétreos ou blocos de betáo, está relacionada com a sua capacidade de mitigar a erosáo, com um impacto limitado e nao permanente nos processos naturais costeiros, urna vez que podem ser fácilmente desmantelados, se necessário. Outras vantagens incluem, geralmente, o custo e a facilidade de construgáo.

Podem também ser reforgados com outros elementos se a monitorizagáo do seu desempenho assim o recomendar.

Importa aínda referir para enquadramento da presente invengao e conhecimento do estado da técnica, que as arribas de erosao, em praias arenosas ou em dunas, poderáo ser protegidas com um núcleo frontal resistente constituido por cilindros em material geossintético capaz de reter o material sedimentar (areia) com o qual seráo cheios. Também no sentido de proporcionar urna melhor integragao paisagistica e utilizagáo balnear, os cilindros preenchidos com areia, se estiverem emersos poderáo ser recobertos com areias após terem sido preenchidos e posteriormente, se necessário, no final dos períodos de invernó e inicio da época balnear. De referir que as costuras do material deverao ser objeto de atengáo especial. 0 material geotéxtil deverá ter características compatíveis com a NP EN 13253: 2006 -"Geotéxteis e produtos relacionados - Características requeridas para a utilizagáo em obras para controle da erosao (protegáo costeira, revestimento das margens) As fungóes principáis a desempenhar pelo geotéxtil sáo a filtragem e o reforgo pelo conf inamento, e deve ter urna adequada resistencia as radiagées ultravioleta e ser ensaiado á: "Resistencia á tragáo de costuras/juntas" (EN ISO 10321: 2008); "Resistencia a danos causados durante a instalagáo" (EN ISO 10722: 2007); "Resistencia ao pungoamento estático" (ISO 12236: 2006). A presente invengáo permite contacto direto com elementos rígidos naturais ou artificiáis (vulnerabilidade a perfuragóes e atos de vandalismo), e para além da capacidade de confinamento de produtos sedimentares, nomeadamente areias, constituindo urna estrutura tubular de defesa costeira com enchimento hidráulico (água e sedimentos) , comparativamente a invengoes anteriores esta invengáo está estruturalmente preparada para ser submetida ás agóes dinámicas da agitagáo marítima em contacto direto com elementos pétreos (rochas naturais ou blocos de enrocamento) ou com elementos em betao. Estas agóes dinámicas provocam movimentos e oscilagóes da estrutura celular e a fricgao com fronteiras sólidas externas pode originar roturas por pungoamento excessivo, abrasao e fadiga.

Localizando-se em zonas costeiras é também urna solugao mais robusta em relagáo a atos de vandalismo (rasgos com navalhas e facas) ou a perfuragóes acidentais provocadas por hastes de guarda-sóis de praia ou a canas de pesca.

Outras invengoes anteriores nao evidenciam a referida capacidade de resistencia mecánica na presenga de elementos sólidos externos ou em relagáo a atos de vandalismo e perfuragóes acidentais. Para se atingirem capacidades de resistencia adequadas é necessário considerar telas ou mantos adicionáis envolventes á estrutura tubular, o que exige um aumento da área de materiais e um aumento do tempo e de dificuldades de colocagáo em obra.

Descrigáo da invengáo A presente invengáo diz respeito a um sistema anti erosáo em material geossintécnico, o qual é preferencialmente na matéria-prima constituida pela mistura de Polipropileno (PP) e Polietileno (PE) - técnicamente designado de polysteel - em vez de apenas polipropileno ou poliéster ou náilon (ou nylon), obtendo-se o compromisso entre as propriedades mecánicas do Polipropileno, com as propriedades químicas do Polietileno, aliado á boa resistencia aos agentes ambientáis conseguidos através da incorporagao de estabilizadores das cadeias moleculares. A proporgáo de PP deve variar desde 50% até 90% e a de PE desde 10% até 50%.

Importa referir para identificagao do efeito técnico da mistura entre Polietileno (PE) com Polipropileno (PP) , que esta proporciona um material de alta resistencia, o que lhe proporciona urna elevada capacidade para resistir a solicitagóes mecánicas e químicas tais como intempéries, elementos climáticos e ambientáis, ataque químico, acgao humana e fadiga.

Esta matéria-prima é utilizada na construgáo do material do sistema objeto da presente invengáo, ou seja, na construgáo do tecido, que mais nao é que urna teia feita com fio entrangado e trama com fio torcido com topos e bordos fechados em vez da conhecida gaze ou ourela dobrada nos bordos. O fio entrangado é feito por entrelagamento filamentos. Preferencialmente este fio é o entrelagamento de filamentos de 1680 Deniers, colocados individualmente em dezasseis canelas (dezasseis trangas) em torno de um núcleo de 5 filamentos de 1680 Deniers produzidos com a mesma combinagáo de matérias-primas acima referidas ou de outra e numa construgáo de 3.01 pontos por centímetro. O filamento exterior do fio torna-se urna malha. Assim é substituida a conhecida utilizagáo de fio apenas torcido ou fita de fio ou mono multifilamento.

Importa referir para identificagáo do efeito técnico que o fio entrangado, devido á sua construgao entrelagada tem maior superficie externa do que um fio normal torcido. Esta superficie externa funciona como um escudo para os filamentos do núcleo colocado no interior. Esta construgao do fio, juntamente com as matérias-primas utilizadas permite: • Maior retengáo de propriedades urna vez que o núcleo tem um escudo externo contra elementos externos, estas propriedades sao mantidas por mais tempo; • Maior resistencia á abrasáo - devido á maior superficie externa há mais material para ser "gasto" para o mesmo espago o que permite urna maior resistencia contra a agáo dinámica das rochas, do cascalho, da água, etc.; • Maior resistencia aos raios UV - além do núcleo ser protegido por um escudo externo, o entrelagamento dos filamentos externos permite o cruzamento de filamentos e cria urna multicamada de filamentos em torno do núcleo. Isto significa que, quando os filamentos se cruzam entre si, eles estao sempre escondidos por outros filamentos ao longo do fio e, por conseguinte, estaráo protegidos contra a exposigao a radiagao UV (contrariamente ao fio torcido, onde os filamentos estao permanentemente expostos quando considerado o mesmo tipo de radiagao UV) . Isto significa que aqueles filamentos se irao degradar menos e resistir mais; • Modo de fio reduzido e de falha do tecido devido á rutura de filamentos - devido ao entrelagamento e cruzamento dos fios se houver a rutura de um filamento a perda de resistencia será limitada ao cruzamento adjacente de filamentos e será compensada pelos outros filamentos, o que impede a propagagáo de urna perda de resistencia (em caso de um fio torcido a perda de resistencia pela rutura de um filamento seria proporcional ao número de filamentos no fio, isto é, um filamento quebrado em 10 significa 10% de menor resistencia); • Alta resistencia á perfuragao estática e dinámica - devido á construgao do fio é possivel a instalagáo em terrenos rochosos, sem risco que se rasgue. Também grande resistencia ao rasgamento acidental por canas de pesca, guarda-sóis, facas, vandalismo, etc. A construgao do tecido pode ser conseguido quer num tear circular, de multicamada, 3D quer num tear plano com ou sem Jacquard, ou se ja padroes complexos de entrelagamento, usando langadeira, pinga, projétil ou jato de ar como um meio para a construgao da trama. O fio de costura para coser os topos e os bordos dos cilindros é polietileno de ultra alto peso molecular e é entrangado, com o fim de aumentar a resistencia.

Todas estas características conferem as seguintes vantagens relativamente ao estado da técnica: a) Alta resistencia á tragáo (testada de acordo com a NP EN ISO 10319-2005), que é cerca de duas vezes a dos Tencate, o que minimiza o risco de colapso e rasgamento; b) Alta resistencia á abrasáo, devido á matéria-prima utilizada e ao fio entrangado que, quando esta característica é exigida, isenta de usar um avental de abrasáo que cobre o Geo tubo como acontece com os Tencate; c) Alta resistencia á perfuragáo estática (EN ISO 12236) e dinámica (EN ISO 13433) (nao é possível testar de acordo com as normas disponíveis devido ao facto de que o produto excede os limites da norma e de teste do equipamento) e maior garantía contra atos de vandalismo e de impacto de objetos estranhos trazidos contra o tecido. Isto é conseguido utilizando um tubo de camada única; d) Alta resistencia aos raios UV (testada de acordo com a EN 12226 (2012) & EN 12224 (2007)) e as propriedades mecánicas sao essencialmente retidas (acima de 80% da resistencia á tragáo inicial tanto na diregao da malha como na transversal) no final do ciclo de vida esperado (25 anos) e aínda maior do que outros produtos concorrentes, como o Tencate no estado inicial; e) Alta resistencia da costura (testado de acordo com a EN ISO 10321 (2008)), que é melhorada pelos bordos fechados e que nenhum concorrente tem. A presente invengáo pode preferencialmente ser materializada como cilindros ou tubos, os quais sao localizados no plano de água, com cotas de coroamento permanentemente emersas ou imersas ou na zona entre marés em que a estrutura poderá estar alternadamente emersa ou imersa. Neste caso funcionam como recites artificias ou como quebra mares destacados, podendo desempenhar fungóes ou multifungóes de defesa costeira, de colonizagáo biológica ou de melhoria de condigoes para a prática de surf.

Em fungáo dos objetivos a atingir e das condigoes ambientáis locáis (marés, ondas, correntes, sedimentos) podem ser consideradas diversas alternativas nomeadamente em termos de cotas de fundagáo, cotas de coroamento, diretriz em planta, extensao em planta, perfis de praia, diámetros, utilizagao de vários cilindros (fiadas de cilindros sobrepostas ou nao), integragao paisagística, custos.

Os cilindros parcialmente preenchidos com areias deveráo ser posicionados ao longo de urna ou mais fiadas, com a face inferior a cotas pré-estabelecidas e carateristicas geométricas também pré-definidas com base em estudos numéricos, ensaios laboratoriais e experiencia adquirida. É expectável que a largura "ovalada" dos tubos inicialmente cilindricos e que ficam parcialmente cheios com areia seja da ordem superior ao diámetro nominal numa relagáo que depende dos fabricantes e da técnica de enchimentos. 0 número de unidades cilindricas que configuram urna determinada extensáo de intervengáo deverá ser otimizado de acordo com as possibilidades de instalagáo (por exemplo os periodos necessários para o seu enchimento). 0 paramento de topo será plano nos encontros entre tubos individuáis. As extremidades sem continuagáo seráo do tipo cónico. A diretriz é poligonal, mas "adogada", para que a intervengáo se possa melhor ajustar á configuragáo existente na praia e duna na altura da concretizagáo da intervengáo. Em fase de obra, a diretriz poligonal "adogada" poderá sofrer ligeiros ajustes, em fungáo da variagáo das condigóes topográficas locáis e de acertos técnicos (por exemplo em resultado dos comprimentos das unidades cilindricas que constituem toda a extensáo da estrutura). A cama de fundagáo dos cilindros deverá ser pré-preparada através de movimentagáo de areais, dando-lhe urna configuragáo semelhante á configuragáo que o cilindro adquire após o enchimento.

Urna vez que sistemas geotéxtis de areia encapsulada respondem positivamente ás exigencias de flexibilidade, urna vez que sáo capazes de desacelerar a erosáo com um impacto limitado e nao permanente na costa natural e ñas áreas ribeirinhas, a presente invengáo pode preferencialmente ser um sistema anti erosáo de areia encapsulada, no material definido na presente invengáo e suas formas preferenciais, o qual é injetado com areia a partir da área onde está instalado. 0 conjunto das diversas "cápsulas" embaladas com diferentes configuragóes cria urna estrutura sólida que evita a erosáo e melhora a retengáo de sedimentos.

Os cilindros geossintéticos sao pré-fabricados e cheios in situ por bombagem hidráulica, sendo possivel prever a utilizagáo de determinado volume de areia por metro de comprimento da estrutura de confinamento que depende do diámetro nominal. 0 enchimento hidráulico com sedimentos (sedimentos e água numa proporgáo que poderá ser numa proporgáo de tres ou quatro partes de água para urna de sedimentos) é efetuado por bombagem através de "portas" localizadas no coroamento do cilindro e nao muito espagadas.

Quando os cilindros sao posicionados em zonas submersas, poderáo ser cheios com sedimentos num outro local e transportados por barcagas e "afundados". Por questoes de durabilidade em termos de resistencia mecánica, nao deverá existir contacto direto dos cilindros de geossintéticos com formagoes rochosas naturais ou com eventuais blocos de enrocamento, elementos de betáo, estacas de madeira ou outros elementos rígidos presentes no local de implantagao. A importancia estratégica do sistema de areia encapsulada está relacionada com: 1) a tendencia do aumento da utilizagáo da costa desde o século XX; 2) o facto de que muito da costa em todo o mundo sofrer de erosáo em curso; e 3) impacto que os trabalhos de defesa costeira tiveram sobre os processos costeiros. A presente invengáo pode apresentar um tecido circular, permitindo desta forma a possibilidade de fazer um único tubo (um único elemento circular sem costuras) quer com costuras nos topos de tubo quer sem quaisquer costuras no topo (sem costuras).

Também pode ter por base um tecido alveolar, possibilitando a criagáo de tubos com urna estrutura alveolar. Isto permite criar compartimentos separados no tubo que permitem um enchimento faseado do tubo, bem como manter a integridade da estrutura em caso de falha do compartimento.

Os tubos poderáo ter no seu interior blocos rígidos, ocos ou nao, com determinada porosidade em cimento (ou outro material) permitindo reduzir o volume de enchimento de sedimentos em áreas onde os sedimentos nao estáo disponíveis ou as condigoes dinámicas do mar só permitem reduzidos intervalos de tempo de trabalho.

Também construgáo deste tipo de tecido, circular e alveolar, pode ser conseguida por tear (circular, padróes complexas de entrelagamento (jacquard), etc.) ou através da construgáo dos tubos usando tecidos cosidos no interior do tubo de urna certa maneira.

Aplica?áo Industrial

As principáis aplicagóes da presente invengáo sao na protegáo da orla costeira e lacustre e na prevengáo da erosáo, nomeadamente na consolidagáo de dunas. Tal como um quebra-mar, a presente invengáo, pode ser colocada debaixo de água (criando recites artificiáis, locáis de surf, diminuindo a energía das marés, retengáo de sedimentos, etc). Tem urna potencial utilizagáo em terrenos rochosos, devido aos fios utilizados e ao tipo de fabricagáo do tecido, sem risco de rasgar devido aos fios utilizados e do tipo de construgáo do tecido.

Um dos propósitos frequentes pode ser a protegáo rápida de edificios e infraestruturas (barragens de derivagáo) quando ríos inundados ultrapassam as suas margens ou em caso de inundagoes na sequéncia da acumulagao súbita das águas de chuvas fortes, protegendo as térras mais altas através da construgáo de diques, alinhando e empilhando pequenos/médios geotubos/georecipientes precheios. 0 produto também pode ser utilizado para aplicagoes de drenagem.

Outras aplicagoes potenciáis sao o controlo de inundagoes (de ríos e de cidades), aplicagoes de drenagem, protegáo dos portos de atracagáo (colchoes de betáo para estabilizar as Fundagoes de Paredes de Atracagáo dos Cais), barreiras de prevengáo da poluigáo e barreiras flutuantes (quando cheias com materiais flutuantes), protegáo de estruturas submarinas (tais como tubos de petróleo/gás), estruturas de contengáo de rochas e solos em estradas e outros locáis, matrizes de estrutura tétrapode que tornam possivel desenhos tétrapodes alternativos e mais eficazes, barragens de água, construgáo de ilhas, separadores de autoestradas e amortecedores de choques, criagáo de locáis para agricultura ao criar solos contidos em áreas onde aqueles náo existem ou onde carateristicas especiáis do solo devem ser preservadas, construgáo de marinas e lagos, de parques aquáticos.

Claims (6)

1. REIVINDICALES

   1. Sistema anti erosáo em material geossintécnico caracterizado por ser constituido por: a) trama de fio fabricado em mistura de Polipropileno e Polietileno numa proporgáo de Polipropileno de 50% até 90% e numa proporgáo de Polietileno de 10% até 50%, o qual é o entrangado de filamentos, colocados individualmente trangas em torno de um núcleo de filamentos fabricados em mistura de Polipropileno e Polietileno na mesma proporgáo; b) topo e bordo cozidos por fio entrangado de polietileno de ultra alto peso molecular.
2. 2. Sistema de acordo com a reivindicagáo 1 caracterizado por o fio ser o entrelagamento de filamentos de 1680 Deniers, colocados individualmente em dezasseis trangas em torno de um núcleo de 5 filamentos de 1680 Deniers e numa construgáo de 3.01 pontos por centímetro.
3. 3. Sistema de acordo com a reivindicagáo 1 caracterizado por ser cilindrico ou tubular ou alveolar.
4. 4. Sistema de acordo com a reivindicagáo anterior caracterizado por ser parcialmente preenchido com areia.
5. 5. Sistema de acordo com a reivindicagáo 1 caracterizado por a trama formar um único elemento circular sem costuras.
6. 6. Sistema de acordo com a reivindicagáo 1 caracterizado por ter no seu interior blocos rígidos, ocos ou nao.