Tubos para obras de infraestrutura - Parte 2

Materiais empregados na Produção dos Tubos

Concreto

tubo concreto

O concreto deve ter características compatíveis com o processo de fabricação dos tubos. Para tanto, este deve ser objeto de controle de qualidade. A durabilidade do concreto deve ser considerada em função do uso do tubo. De acordo com a NBR 8890 (ABNT, 2007), para tubos de concreto destinados a águas pluviais, recomenda-se uma relação água/cimento inferior a 0,50 e, para tubos destinados a esgotos sanitários, esta relação não deve ser superior a 0,45.

Na produção dos tubos de concreto, normalmente se utilizam concretos com resistência característica à compressão (fck) maior ou igual a 25 MPa. A ACPA (1993) recomenda que estes tubos sejam produzidos com fck variando entre 28 MPa e 42 MPa.
Para os tubos destinados a águas pluviais, de acordo com a NBR 8890 (ABNT, 2007), pode ser utilizado qualquer cimento Portland, desde que esteja garantida a baixa agressividade do meio externo ao concreto. Nos tubos destinados a esgotos sanitários, devem ser utilizados cimentos resistentes a sulfatos, conforme especificado na NBR 5737 (ABNT, 1992).
A NBR 8890 (ABNT, 2007) fixa o limite de absorção de água do tubo em 8% do peso seco de concreto. Grande quantidade de água absorvida não é problemática, embora indique uma pior qualidade do concreto do tubo, por ser mais poroso. Além disso, tubos de concreto muito poroso facilitam a contaminação da água que nele escoa, ou do solo pelo esgoto que o tubo conduz.

Aço

Os aços para tubos devem atender às especificações dos aços para concreto armado, conforme normas vigentes.

Tubos Aço

De acordo com a NBR 8890 (ABNT, 2007), as armaduras principais destinadas para a produção de tubos de concreto armado podem ser simples ou duplas posicionadas de forma que os cobrimentos mínimos sejam garantidos. O afastamento máximo das barras transversais deve ser de 15 cm, sendo que nos tubos com bolsa o afastamento máximo é de 5 cm, tendo pelo menos duas espiras em sua extremidade.
Uma das possíveis opções de armaduras para a produção de tubos de concreto é a tela soldada, cujas vantagens são a redução do tempo de mão-de-obra com corte, arqueamento e amarração e, a melhor aderência com o concreto, devido à presença de barras transversais.

Os fios longitudinais das telas soldadas devem possuir diâmetros não superiores a 7,1 mm, uma vez que, a partir deste diâmetro, as operações de retificação ou arqueamento das telas se tornam bastantes difíceis de serem realizadas.

A armadura em tela soldada destinada a tubos de concreto armado é constituída por malhas retangulares espaçadas de 10 e 20 cm para os fios longitudinais e transversais, respectivamente, sendo que estes fios são dispostos de maneira sobreposta e soldados por caldeamento. Os fios de aço das telas soldadas geralmente pertencem à categoria CA-60, isto é, são feitos de aço que não apresentam patamar de escoamento e que possuem tensão de escoamento igual a 600 MPa. Atualmente no Brasil, tem sido produzidas telas somente com fios nervurados, os quais apresentam alta aderência com o concreto, melhorando assim o desempenho mecânico dos tubos.

O grande entrave na utilização de armaduras pré-fabricadas por parte de algumas fábricas de tubos de concreto consiste no preço da tela, em comparação com as armaduras montadas na própria fábrica por meio de bobinadeiras. Porém, para se realizar tal comparação deve-se levar em conta características como o diâmetro, a classe e o tipo do tubo, o investimento na compra da bobinadeira e os custos para sua manutenção, etc.

As armaduras devem apresentar um cobrimento mínimo, cuja finalidade principal é a proteção química da armadura para evitar a corrosão e garantir a durabilidade do tubo.

Dentre os fatores de maior importância na garantia da proteção da armadura estão o valor do cobrimento e a qualidade do concreto (principalmente no que se refere à quantidade de cimento, a relação água/cimento e o adensamento do concreto). De modo geral, o concreto se apresenta de boa qualidade, por causa da dosagem e das condições de execução. Em contrapartida, os tubos podem ser submetidos a condições severas, tais como aquelas a que estão submetidos os tubos destinados a esgotos sanitários.

A NBR 8890 (ABNT, 2007) apresenta os cobrimentos mínimos para os tubos de concreto armados.

Produção de Tubos de Concreto

Produção tubos de concreto

As fábricas procuram produzir tubos circulares de modo que as espessuras das paredes estejam próximas das espessuras mínimas recomendadas pela norma NBR 8890 (ABNT, 2007).

Dentre as formas de se produzir tubos de concreto, podem ser destacados as seguintes:

a) Apiloamento manual ou mecânico: nesta forma de produção de tubos, enchem-se as fôrmas com concreto, sendo, em seguida, feito o apiloamento com soquetes.
b) Vibração: neste caso, são fixados vibradores nas fôrmas internas ou externas.
c) Centrifugação: na fabricação destes tubos somente é utilizada uma das fôrmas. Ideal para construir tubos de pequena espessura.
d) Vibro-prensagem: a fabricação dos tubos por vibro-prensagem é feita em instalações industriais com alto grau de automação dos equipamentos, que são instalados em fossos a fim de reduzir os ruídos e isolar as vibrações. O adensamento do concreto é feito por um dispositivo vibrador que possui freqüência de vibração variando em função do tipo e do diâmetro nominal do tubo. Com este equipamento é possível produzir tubos com comprimentos até 2,5 m e diâmetro nominal entre 300 mm e 3000 mm.
e) Compressão radial: o equipamento utilizado para a produção dos tubos é dotado de fôrmas e um êmbolo rotativo hidráulico, constituídos de rótulas que giram em alta velocidade e em sentidos contrários. Com este equipamento é possível produzir tubos com comprimentos de até 3,5 m, com diâmetros nominais entre 300 mm e 1500 mm.

Dimensões e Tolerâncias dos Tubos

Segundo a NBR 8890 (ABNT, 2007), o diâmetro interno dos tubos circulares de concreto não deve diferir mais de 1% do diâmetro nominal, ou seja: interno ≥ 0,99 nominal e interno  1,01 nominal. Já para as dimensões das paredes dos tubos (h), devem ser atendidos os seguintes limites descritos abaixo, onde hdeclarada refere-se à espessura declarada da parede.

Dimensionamento dos Tubos de Concreto

O dimensionamento consiste basicamente em se determinar as armaduras necessárias para atender aos estados limites. Deve ser considerado o estado limite último por solicitações normais (momento fletor e esforço normal) e verificada a força cortante. Em serviço deve ser verificado o estado limite de abertura excessiva de fissuras.

Os fatores de segurança normalmente utilizados no dimensionamento de tubos de concreto são aqueles usualmente empregados em estruturas correntes de concreto armado, ou seja, 1,4 para o concreto e 1,15 para o aço. Entretanto, caso seja empregado um rigoroso controle de execução, o coeficiente de minoração da resistência do concreto poderá ser reduzido para 1,3.

Esforços Solicitantes e Deslocamentos

Conforme já comentado, o tubo deve ser dimensionado para uma situação idêntica à observada no ensaio de compressão diametral. Nessa situação, o tubo está sujeito a uma força uniformemente distribuída ao longo do seu eixo. Considerando estado plano de deformações, o tubo pode ser bem definido por meio de uma faixa de largura unitária.

O tubo é analisado para duas seções de referência: a seção do coroamento / base (1) e a seção do flanco (2), onde esforços solicitantes e deslocamentos são máximos.

Da teoria clássica de flexão aplicada aos anéis encontram-se as seguintes expressões para os esforços e o deslocamento, sendo F, rm, E e I, respectivamente, a força aplicada no ensaio, o raio médio do tubo, o módulo de elasticidade e o momento de inércia.

De acordo com o processo de execução do ensaio, pode-se considerar uma redução nos momentos fletores do coroamento da ordem de 8%, conforme apresentado por El Debs (2003), o que corresponde considerar a propagação do carregamento até a linha média da espessura do tubo.

Arranjos das Armaduras

Arranjo das Armaduras

No Brasil, os arranjos mais utilizados são:

a) Circular simples, normalmente para tubos com diâmetro nominal inferior a 1000 mm. Para atender tanto aos esforços no coroamento quanto aos esforços no flanco, a armadura será melhor empregada quando estiver posicionada um pouco abaixo do centro geométrico da parede, mais próxima da face interna do tubo.Geralmente o centro de gravidade da armadura fica posicionado entre 0,35 h e 0,50 h da face interna do tubo.
b) Circular dupla, normalmente para tubos com diâmetro nominal superior a 800 mm, quando a adoção de armaduras simples conduz a espessuras muito grandes. Neste caso, devido à distribuição dos esforços entre o coroamento e o flanco, a armadura interna é maior que a armadura externa.
c) Tubos com protensão circular. De uso restrito, têm uso mais comum em adutoras de água e tubulações sanitárias.
Procedimento de Cálculo da Armadura
O cálculo da armadura principal de tubos circulares de concreto é realizado de acordo com as hipóteses de cálculo apresentadas na NBR 6118 (ABNT, 2007) para solicitações normais, sendo este assunto abordado por diversos trabalhos sobre o projeto de estruturas em concreto armado, como Fusco (1981) e Sussekind (1979).
O cálculo da armadura circular simples pode ser realizado da seguinte maneira:
i)    calcula-se a armadura simples nas seções do coroamento e flanco para os esforços solicitantes decorrentes do ensaio de compressão diametral;
ii) faz-se variar a posição da armadura até que as áreas das armaduras no coroamento e flanco sejam praticamente iguais, respeitando o limite de cobrimento nominal mínimo da armadura;
iii) determina-se a armadura de acordo com a situação anterior, de modo que a posição do centro de gravidade da armadura seja múltipla de 0,50 cm.

Na determinação da armadura circular dupla, o dimensionamento pode ser feito para as seções do coroamento e flanco de forma iterativa, sendo que em cada iteração o cálculo da armadura de flexão é feito considerando uma armadura comprimida da iteração anterior.

De acordo com a NBR 6118 (ABNT, 2007), deve-se evitar a ruptura frágil quando a primeira fissura é formada. Para tanto, deve existir uma armadura mínima de tração determinada pelo dimensionamento da seção de forma que esta seja capaz de resistir a um momento fletor mínimo dado pela expressão (2.8), sendo W0, o módulo de resistência da seção transversal bruta de concreto relativo à fibra mais tracionada e fctk,sup, o valor superior da resistência característica do concreto à tração.

Para atender situações transitórias de manuseio, armazenamento e instalação do tubo, as armaduras de flexão devem ainda estar limitadas a certos valores mínimos. Expressões para estas armaduras mínimas podem ser encontradas em ASCE (1994).

A verificação à força cortante pode ser feita seguindo as recomendações da NBR 6118 (ABNT, 2007), onde é dispensada a armadura transversal para resistir aos esforços de tração oriundos de força cortante, porém a ASCE (1994) apresenta uma formulação específica para tubos.

Com relação ao estado limite de abertura de fissura, as verificações podem ser feitas de acordo com as indicações da NBR 6118 (ABNT, 2007). O valor da abertura da fissura, calculado de acordo com as expressões da norma, deve estar limitado a 0,25 mm, o que corresponde à definição da força de trinca (fissura) no ensaio de compressão diametral, conforme a NBR 8890 (ABNT, 2007).

Fonte:

Jefferson Lins da Silva, sob orientação de Mounir Khalil El Debs

Assessoria de imprensa Tigre

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