TUBOS DE BETÃO ARMADO COM ALMA DE AÇO - PDF
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Giovanni Igrejas Dias
1 TUBOS DE BETÃO ARMADO COM ALMA DE AÇO 1. Materiais: 1.1. Cimento O tipo de cimento utilizado é o denominado de Portland, do tipo CEM II/A-L 42,5R GR. Nos casos em que a percentagem de sulfatos, expresso em SO 4, exceda 400 mg/l na água, ou 3000 mg/kg no terreno deverá recorrer-se a cimentos resistentes a sulfatos, que se designam como cimentos SR. Se a percentagem de sulfatos, expresso em SO 4, excederem os 600 mg/l na água, ou 1200 mg/kg no terreno, é indispensável aplicar no tubo uma protecção adicional à base de pintura betuminosa à base de epoxi com uma concentração de 0,3 kg/m Agregados A natureza dos agregados, a sua preparação e granulometria, são tais que garantem a adequada resistência e durabilidade do betão. O estudo para a escolha dos agregados para a constituição do betão cumpre com as normas NP EN , NP EN , EN NP , NP EN , NP EN e NP EN Água As águas, tanto a usada na amassadura como na cura do betão dos tubos são as caracterizadas com aceitáveis na prática, com os parâmetros descritos na norma NP EN Entidade laboratorial responsável: E.M.A.S e F.S.A Betão As composições dos betões usados para os tubos de betão armado com alma de aço, são estudadas de forma a garantir-se a impermeabilidade, resistência e durabilidade exigidas, segundo os ensaios ao betão fresco pelas normas NP EN 206 1: Os betões endurecidos pelas normas: NP EN , NP EN , NP EN e NP EN Limite do teor de cloretos contidos no betão, pela norma NP EN De forma usual, o betão utilizado para o fabrico dos nossos tubos, pertence à classe C30/37, com classe de exposição XC4 (superfícies de betão sujeitas a contacto com água, com períodos cíclicos de secos a molhados, segundo o Eurocódigo 2 Parte 1-1 ).
2 1.5. Chapa de aço para a alma A chapa usada para a fabricação das almas dos tubos de betão armado, é composta por um aço dúctil e de espessura uniforme (sendo compreendida entre 1,5mm e 5mm, consoante as acções em causa). A título informativo, definir-se-á como tipo S-275 JR, segundo a norma NP EN Armaduras As armaduras passivas são formadas por fios de aço rugoso, no que diz respeito às espiras, e liso relativamente às directrizes, ou malhas electrosoldadas, se o caso assim o permitir. O aço em questão, é do tipo A500, com diâmetros compreendidos entre 8, 10 e 12 mm. Entre espiras, poderá existir um espaçamento entre 30mm e 200mm. Relativamente ao número de directrizes, são aconselhadas usarem-se 12, 18 ou 36 por tubo dependendo do número de espiras da armadura Fibras A adição de fibras de polipropileno serve de adjuvante de forma a evitar a fendilhação do betão, conferindo num aumento substancial na resistência à tracção do betão. 2. Dimensionamento: Para efeito de dimensionamento, este é executado a partir do nosso gabinete de engenharia, com verificação de recurso ao programa automático Tubos, cedido pela A.F.T.H.A.P. (Asociacion de Fabricantes de Tuberia de Presion de Hormigon Armado Y Pretensado), programa elaborado seguindo as normas EN 639, EN 641 e EN 642. Acções para o cálculo mecânico dos tubos As acções básicas a considerar em tubos de betão armado com alma de aço, dado o tipo de elemento estrutural, a sua forma de fabricação e colocação, são as acções directas. Com uma cuidada fabricação e colocação em terreno, as acções indirectas podem ser ignoradas em termos de cálculo.
3 As acções directas a ter em conta são: a) Peso próprio do tubo; b) Peso do fluido; c) Cargas verticais do aterro; d) Cargas concentradas; e) Impulsão lateral do terreno; f) Pressão máxima de serviço. Para o cálculo das cargas verticais produzidas pelos aterros, a teoria seguida é a de Marston. Este método considera a compactação do aterro lateral, o peso do aterro, e as tensões tangenciais originadas durante o processo e que produzem um aumento ou diminuição do peso do aterro que gravita directamente ao redor do tubo, em função do tipo de colocação. a) Peso próprio, q 1, por metro linear, define-se como: b) Peso do fluido, q 2, por metro linear, é: c) Carga vertical do aterro, esta carga será dividida em duas: c 1 ) Carga q 3, devido ao peso do recheio que afecta os tímpanos: C 2 ) Carga q r, que actua sobre o plano tangente à geratriz superior do tubo, e que depende na sua essência do tipo de colocação do tubo, que neste caso se trata de uma vala compactada: Onde; C mv Coeficiente de Marston. A introdução de um tubo em betão armado com alma de aço (que é uma estrutura pouco deformável, comparativamente ao terreno) faz com que o assentamento do aterro colocado sobre este, menos espesso, seja inferior à deformação do aterro adjacente à obra, mais espesso. O movimento relativo entre aterros provoca tensões tangenciais entre os mesmos de forma a que o aterro adjacente se apoia sobre o aterro superior introduzido sobre o tubo, superior ao peso das terras efectivamente colocadas sobre a estrutura. Este coeficiente é calculado da seguinte forma:
4 λ Coeficiente de Rankine. Este coeficiente relaciona a pressão vertical que o recheio recebe com aquela que ele irá transmitir horizontalmente. Este é calculado da seguinte forma: d) Cargas concentradas d 1 ) Cargas concentradas, sem coeficiente de impacto: d 2 ) Cargas concentradas, com coeficiente de impacto (eixo de 13 toneladas): Tendo em conta que o coeficiente de impacto C i, será: Sabendo que, sempre que a altura de aterro hr, é superior a 3 metros, o C i assume o valor de 1. A altura limite para o coeficiente de impacto terá de ser calculada, segundo a expressão e as medidas dos pontos de contacto de um rodado tipo, definido no desenho abaixo, para um eixo de 13 toneladas:
5 A acção da sobrecarga versus o peso do aterro pode ser analisada de forma simplista no gráfico abaixo: e) Impulsão lateral numa instalação em vala compactada, é definida através da seguinte expressão: f) Pressão interna, pressão exercida pelo fluido, pode ser calculada da seguinte forma: As pressões de cálculo utilizadas são: DP: Pressão de projecto. DP = 0.9*MDP; MDP: Pressão máxima de projecto; STD: Pressão de teste na rede, segundo EN 805. STD = MDP + 0.1MPa; PP: Pressão de teste na fábrica, segundo EN 641. Para DN/ID < 1200 PP = máx(mdp + 0.2MPa; 1.2 MDP) Para DN/ID > 1200 PP = máx(mdp + 0.1MPa; 1.2 MDP) Os tubos de betão armado com camisa de chapa, são dimensionados para que com a pior das hipóteses de carga (e com os coeficientes de segurança fixos), não sejam excedidos os estados limites último e de utilização. A fendilhação é verificada nos quatro quadrantes da secção do tubo de acordo com as respectivas solicitações. As quantidades máximas de chapa e aço na armadura transversal equivalem aos valores máximos obtidos nessas secções. Estas armaduras são calculadas através do método simplificado do momento máximo.
6 Com o objectivo de respeitar as condições relativamente ao estado limite de fendilhação, limita-se: o o A tensão de trabalho da chapa é limitada a 2/3 do limite elástico (tensão de cedência) mais baixo dos diferentes tipos de aço utilizados no dimensionamento, segundo a norma NP EN ; Os diâmetros das armaduras, as espessuras das chapas e as suas quantidades. As hipóteses de cálculo habituais para este tipo de tubos são as seguintes: o Resistência característica do betão à compressão, f ck : 35 MPa; o Tensão de cedência do aço à tracção, f y : 275 MPa; o Coeficiente de minoração do aço: 1,00; o Coeficiente de minoração do betão: 1,50; o Coeficiente de majoração das cargas: 1,50; o Colocação: Vala com aterro compactado; o Apoio granular a 90 ; o Altura do aterro acima da geratriz superior de 2,50m; o Largura da vala é a distancia ao nível da geratriz superior, quando ao nível da soleira é considerado øext + 0,6 m, com um talude de 1/5; o A densidade do aterro é 18 kn/m 3 ; o Ângulo de atrito do material de aterro: 30 ; o Tipo de solo: com boa coesão, areia argilosa; o Cargas pontuais: 130 KN, se o caso exigir.